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Konduktometrie

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Die Autor*innen
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André Otto
Konduktometrie
lernst du in der 11. Klasse - 12. Klasse - 13. Klasse

Konduktometrie Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Konduktometrie kannst du es wiederholen und üben.
  • Erkläre das Prinzip der Konduktometrie.

    Tipps

    Verschiedene Ionen vermögen den elektrischen Strom unterschiedlich gut zu leiten.

    Bei gleichbleibendem Stromfluss kommt es zur Elektrolyse.

    Die Titrationskurve zeigt am Äquivalenzpunkt eine Richtungsänderung.

    Lösung

    Die elektrische Leitfähigkeit von Ionen macht die Konduktometrie erst möglich. Die Konduktometrie wird bei der Titration angewendet. Es ist somit eine quantitative Methode.

    Die Wechselspannung ist notwendig, da Gleichspannung zur Elektrolyse und damit zu Stoffverlust und zur Verfälschung der Ergebnisse führt.

    Am Äquivalenzpunkt ändert die Titrationskurve abrupt die Richtung. Für die Äquivalenzpunktanzeige verwendet man einen Indikator, keinen Initiator.

  • Beschreibe die Probleme, die bei der Konduktometrie auftreten können.

    Tipps

    Wenn die Konzentration der an der Titration beteiligten Ionen hinreichend groß ist, kommt es zu einer scharfen Ausbildung des Äquivalenzpunktes.

    Fließt der Strom ständig in eine Richtung, kommt es zur Ionenbewegung und Ionenentladung.

    Der Messbereich darf grundsätzlich nicht zu knapp bemessen sein. Ist er zu reichlich gewählt, ist eine zuverlässige Messung ebenfalls nicht möglich.

    Lösung

    Titriert man eine schwache Säure oder Base, so ist der Äqivalenzpunkt schwer bestimmbar, da die Geraden aus den beiden pH-Bereichen keinen scharfen Knick bilden.

    Gleichstrom bewirkt, dass die Ladungsträger (Ionen) zu den entsprechenden Elektroden wandern. Dort werden sie entladen. Mit der Entladung kommt es zu einer Konzentrationsänderung der Ionen und damit zur Verfälschung der Messergebnisse.

    Hohe Konzentrationen von Neutral-Ionen sind grundsätzlich schädlich. Diese Ionen leisten den größten Beitrag zur Leitfähigkeit der Zelle. Die relative Änderung des Leitwertes bleibt jedoch durch den geringen Anteil der reagierenden Ionen sehr klein. Daher vereinigen sich die beiden Geraden unter einem Winkel von annähernd 180 °. Die Bestimmung des Äquivalenzpunktes wird unmöglich gemacht.

    Wie bei allen quantitativen Untersuchungen muss der Messbereich geeignet sein. Das bedeutet: nicht zu groß und nicht zu klein. Ist der gewählte Messbereich zu groß, wird der relative Messfehler zu groß. Schlimmstenfalls wird gar kein Wert gemessen. Ist der gewählte Messbereich zu klein, kann überhaupt kein Wert bestimmt werden. Im Extremfall, häufig bei älteren Analoggeräten; kann das sogar zur Zerstörung des Messinstrumentes führen.

  • Beschreibe das Verfahren der Konduktometrie.

    Tipps

    Messgrößen sind alle die, welche Aussagen über die Bewegung elektrischer Ladungsträger liefern.

    Die Messwerte können direkt verwendet werden. Wichtig ist die Protokollierung ihrer Entwicklung während des Experimentes.

    Für den Versuchsaufbau benötigt man ein geeignetes Gefäß, eine Energieversorgung, Messfühler und eine Flüssigkeit für die Untersuchung.

    Lösung
    • Versuchsaufbau: Man benötigt eine Messzelle. Es wird eine ionische Lösung untersucht. Für die Untersuchung benötigt man eine Wechselspannungsquelle.
    • Messgeräte: Als Messgerät kann man ein Amperemeter oder ein Multimeter verwenden.
    • Messgrößen: Messgrößen können der elektrische Strom, der elektrische Widerstand oder der elektrische Leitwert sein. Es sind also physikalische Größen.
    • Messwerte: In die Untersuchung kann man direkt die Absolutwerte aufnehmen. Wichtig ist vor allem eine korrekte Erfassung der Wertänderung. Messwerte sind somit genau die Werte, die du beim Experiment aufnimmst.
  • Benenne die Gründe, warum die Titrationskurve nicht aus linearen Geradenabschnitten besteht.

    Tipps

    Die Proportionalität zwischen Ionenzahl und Konzentration ist nur korrekt, wenn sich das Volumen nicht ändert.

    Im Verlauf der Titration wird die Wassermenge größer.

    Lösung

    Exakte lineare Abhängigkeiten sind nur zu erwarten, wenn das Volumen der Messlösung unverändert bleibt. Da dies selbst nicht Ziel der Konduktometrie ist, kann man auf einen streng linearen Verlauf der beiden Kurvenabschnitte gerne verzichten. Von Bedeutung allerdings ist diese Tatsache bei der Auffindung des Äquivalenzpunktes; sei es bei der manuellen Extrapolation, sei es bei der computergestützten Anpassung.

    Linearität kann nicht gegeben sein, da bei der Reaktion einer starken Säure mit einer starken Base das Volumen der Messlösung relativ erheblich ansteigt. Somit sind triftige Gründe für Nichtlinearität mit der Veränderung des Volumens verbunden.

  • Nenne wichtige Anwendungen der Konduktometrie.

    Tipps

    Die Messung oder Bestimmung einer physikalischen Größe innerhalb eines Untersuchungsverfahrens ist keine Anwendung dieses Verfahrens.

    Mit der Konduktometrie können Reaktionen untersucht werden, an denen Wasserstoff-Ionen und Hydroxid-Ionen beteiligt sind.

    Lösung

    Die Messungen von elektrischer Spannung und elektrischer Stromstärke gehören zum Ablauf einer konduktometrischen Untersuchung. Es sind aber keine Anwendungen. Das Gleiche gilt für den elektrischen (ohmschen) Widerstand. Der (elektrische) Leitwert ist der Kehrwert des elektrischen Widerstandes. Seine Bestimmung stellt somit keine Anwendung der Konduktometrie dar.

    Anwendungen der Konduktometrie sind:

    • Säue-Base-Titration,
    • Untersuchung der Wasserreinheit und
    • Bestimmung der Wasserhärte.
    • Ionenaustauschchromatographie
    • Untersuchung von Pflanzenasche
  • Zeige die Faktoren auf, welche die spezifische elektrische Leitfähigkeit beeinflussen.

    Tipps

    Überlege, ob die freie Bewegung von Ionen unter bestimmten Bedingungen behindert wird.

    Kleine Ionen sind beweglicher als größere Ionen.

    Flüssigkeiten können Ionen enthalten.

    Lösung

    Nicht alle Flüssigkeiten sind gute elektrische Leiter. Die organischen Lösungsmittel wie Chloroform sind dafür Beispiele.

    Die Proportionalität ${{\kappa}{\sim}{c}}$ gilt nur für verdünnte Lösungen. Bei höheren Konzentrationen kommt es zur gegenseitigen Behinderung der Ionenbewegung und eine Abweichung der Relation in Richtung geringerer Werte ${\kappa}$.

    Je höher die Ladung eines Ions ist, um so stärker führt es zu einer Erhöhung von ${\kappa}$.

    Kleine Ionen wie ${Li^+}$ sind beweglicher als größere Ionen wie ${Na^+}$. Damit erzeugen sie größere Werte für ${\kappa}$.

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