Conduttimetria

La conduttimetria

La conduttimetria è una tecnica elettrolitica che si basa sulla conducibilità elettrica di una soluzione elettrolitica e/o della sua variazione al variare del tipo o della concentrazione delle specie ioniche in essa presenti. Questa tecnica, pur non offrendo una vasta gamma di applicazioni, trova comunque importanti sbocchi sia nell'industria (per esempio nei controlli di purezza di acque e di solventi organici), sia in laboratorio per titolazioni e studi teorici (determinazione della costante di dissociazione e del prodotto di solubilità).

Applicazioni nella pratica

Nelle acque minerali, la conducibilità viene riportata in etichetta. Tale misurazione viene effettuata prima alla temperatura della sorgente e successivamente convertita a una temperatura di 20 °C per la legge. Il residuo fisso e la conducibilità sono strettamente correlati in quanto il residuo fisso indica la quantità totale degli ioni in soluzione dopo che la soluzione è evaporata totalmente. Se il residuo fisso è alto, lo sarà anche la conducibilità. Grazie alla cromatografia ionica, inoltre, possiamo separare il contributo dei diversi ioni in soluzione.

Tipi di conduttori

• Conduttori di prima specie sono quelli che conducono esclusivamente la corrente elettrica tramite gli elettroni senza trasporto di energia. (Metalli, leghe)
• Conduttori di seconda specie sono quelli che, insieme alla corrente elettrica, trasportano anche materia. (Elettroliti, ovvero sali completamente dissociati in H₂O. Gli ioni posseggono una loro energia cinetica e, al passaggio di una corrente, si allineano a essa.)

Misurazione della conducibilità

La conducibilità (Λ, o conduttanza) di una soluzione è l'inverso della sua resistenza elettrica R. Si misura in Siemens (S) = ohm^-1 = [Ω^-1]. Basandoci sulla Seconda Legge di Ohm, poiché R = quindi (1/p) conducibilità specifica, l'inverso della resistività è detto e si indica con λ = 1/p S/cm. L'unità internazionale di conducibilità elettrica è il Siemens (S), 1S = 1/Ω. La conducibilità di una soluzione viene misurata mediante un conduttimetro collegato a una cella conduttimetrica costituita da due elettrodi, in genere di platino platinato (cioè platino ricoperto da una polvere di platino per aumentare l'area di contatto), immersi nella soluzione in analisi. Il rapporto S/l caratterizza la geometria della cella e dipende quindi dalle caratteristiche fisiche degli elettrodi, con l = distanza fra gli elettrodi e S = area di ciascun elettrodo. Poiché a seconda del materiale con cui sono fatti gli elettrodi la superficie effettiva di contatto con la soluzione potrebbe aumentare, il rapporto viene definito costante di cella (in cm).

Quindi la conducibilità Λ sarà uguale a: Λ = λ * k. Può essere riportato anche come: Λ_e = λ_e/N, dove Λ_e esprime la conducibilità di una soluzione che contiene una mole di cariche elettriche. Tale espressione permette il confronto di elettroliti diversi e si ottiene dividendo la conducibilità specifica per la normalità della soluzione. La normalità (N) di una soluzione esprime il numero di equivalenti di soluto contenuti in 1 litro di soluzione, essa è un metodo per definire la concentrazione della soluzione. Il numero di equivalenti si determina dividendo massa/massa equivalente. Quest'ultima è una quantità che dipende dal tipo di sostanza e dal tipo di reazione.

Conducibilità degli elettroliti

Le soluzioni elettrolitiche conducono l'elettricità molto meno dei metalli/leghe, ma più dei solventi organici (no ioni mobili) e più dell'H₂O distillata. I fattori che agiscono sui meccanismi di conduzione e quindi sulla conducibilità specifica (λ) sono:

• La concentrazione degli ioni in soluzione
• Le cariche ioniche
• La velocità di migrazione degli ioni in soluzione
• La temperatura

La legge di Kohlrausch o legge della migrazione indipendente degli ioni ci fa notare come per tutti gli elettroliti il Λ_e tende a un valore limite detto conducibilità equivalente quando si ha una diluizione infinita. Essa è uguale a Λ₀ = λ₀⁺ + λ₀^-, dove le due λ sono le conducibilità equivalenti a diluizione infinita del catione e dell'anione. Esse sono direttamente proporzionali alla mobilità degli ioni u^±. λ^± = F*u^± dove F è la costante di Faraday.

Comportamento di elettroliti forti e deboli

Dal grafico si vede come gli elettroliti forti (Sali completamente dissociati in soluzione acquosa) come NaOH, la λ aumenta linearmente con la concentrazione per soluzioni abbastanza diluite. Per concentrazioni elevate, raggiunge un massimo in accordo con la kps. Tuttavia, quando la soluzione diviene troppo concentrata, cresce eccessivamente il numero di ioni in soluzione e iniziano a prevalere le loro interazioni. Di conseguenza, diminuisce la velocità degli ioni in soluzione e quindi anche la conducibilità elettrica. Per elettroliti deboli (Sali parzialmente dissociati in soluzione) come NH₃ e per soluzioni abbastanza diluite l'andamento è simile a quello degli elettroliti forti, ma la pendenza della retta è minore, in quanto l'aumento della concentrazione viene attenuato dal minore grado di dissociazione.

Fattori influenzanti la velocità degli ioni

A parità di intensità del campo elettrico applicato, la velocità di ogni ione dipende dal rapporto carica/raggio e dalla sua massa, dalle forze di interazione con gli altri ioni e con il solvente e anche dalla viscosità di quest'ultimo.