La conduttimetria è una tecnica analitica elettrochimica che misura la conducibilità degli elettroliti per seguire l’andamento di una reazione
Gli elettroliti sono conduttori di seconda specie, per i quali il passaggio di corrente elettrica è dovuto al libero muoversi degli ioni, la cui resistenza è calcolabile con la formula generale dei conduttori:
R = ρ l/s
Dove R è la resistenza espressa in Ω (ohm); ρ è la resistenza specifica o resistività in Ω m ( ohm · metro); s è la sezione di due elettrodi identici piani in m2 e affacciati alla distanza l in m.
Introduciamo nella formula precedente i reciproci di R e di ρ indicati rispettivamente come conduttanza C e conduttività γ:
C = 1/R e γ= 1/ρ da cui : R = 1/C e ρ = 1/ γ
Si ha: 1/C = 1/ γ ( l/s)
Moltiplichiamo ambo i membri per C:
1 = C/ γ ( l/s)
Moltiplichiamo ambo i membri per γ e per s e dividiamo per l; si ha che il valore della conduttanza C è espresso dalla seguente relazione:
C = γ s/l
La conduttività γ esprime l’attitudine di una soluzione a condurre la corrente e dipende quindi anche dal tipo di specie ionica presente in soluzione.
Conduttività ionica equivalente
L’attitudine alla conduzione di ciascuno ione può essere espressa dalla conduttività ionica equivalente Λ detta conduttività ionica equivalente essendo Λ espressa come:
Λ = γ/η
dove η rappresenta la concentrazione espressa in equivalenti per mL. Qualora si voglia usare una grandezza più comune ( η’) per esprimere la concentrazione ovvero la normalità ( equivalenti/L) si ha:
Λ = 1000 γ/ η’
La conducibilità è una misura di quanto un conduttore si fa attraversare da una corrente elettrica; visto che il passaggio di corrente elettrica nella soluzione è possibile grazie al movimento degli ioni in essa contenuti, la conducibilità specifica di una soluzione sarà tanto maggiore quanto maggiore è la concentrazione delle specie ioniche presenti. Inoltre, a parità di concentrazione, la conducibilità specifica sarà tanto maggiore quanto più facile è il movimento degli ioni nella soluzione. Nel caso di soluzioni elettrolitiche la conducibilità specifica dipende linearmente, nel caso di uno ione i, dalla sua concentrazione ηi e dalla sua conduttività ionica equivalente Λi, grandezza che dipende dalla carica ionica e mobilità dello ione i stesso.
Si può scrivere che la conducibilità specifica χ di una soluzione contenete i specie ioniche è data dalla formula:
χ = Σ ηi Λi/ 1000
Tuttavia i valori della conduttività ionica equivalente non sono dei valori costanti se non in soluzioni molto diluite (η’ ~ 10-4) e possono essere conosciute solo con grande approssimazione in soluzioni concentrate. Nella pratica le misure di conduttività sono impiegate per determinare il punto finale di vari tipi di titolazioni volumetriche sfruttando la differenza tra i valori di mobilità dei vari ioni e l’eventuale variazione della concentrazione globale delle specie ioniche. La grandezza sperimentalmente accessibile alla determinazione è la resistenza R di un certo volume di soluzione da cui si possono ottenere i valori di conduttanza C.
Misurazioni
Tali misure sono effettuate con il ponte di Kohlrausch operante in corrente alternata. Pur essendo trascurabile l’induttanza della cella, l’effetto della sua capacità è esaltato dalla corrente alternata per cui sarà necessario disporre, in parallelo di una resistenza variabile, di un condensatore anch’esso variabile, che consenta di equilibrare la capacità della cella stessa. Lo schema di tale dispositivo è rappresentato in figura:
ponte di Kohlrausch
M è la cella conduttimetrica di resistenza Rx e capacità Cx ; R è una resistenza variabile. In parallelo a R è collegata la capacità variabile C.
R1 e R2 rappresentano le resistenze fisse del ponte. Per effettuare la misura è necessario equilibrare il ponte procedendo all’aggiustamento delle capacità ed equilibrando successivamente le resistenze R ed Rx. In tali condizioni è valida la proporzione
R1 : R2 = R : Rx
da cui Rx = R R2/R1
Dal valore di Rx si risale alla conduttanza C essendo C = 1 /Rx
Applicazioni della conduttimetria
La conduttimetria trova numerose applicazioni in ambito scientifico, industriale e ambientale grazie alla sua capacità di fornire informazioni rapide e non distruttive sulla presenza e concentrazione di specie ioniche in un campione.
Una delle applicazioni più comuni della conduttimetria si trova nel controllo della purezza dell’acqua. Le acque ultrapure, come quelle utilizzate nei laboratori o nell’industria elettronica, devono contenere quantità trascurabili di ioni disciolti. In questi casi, un basso valore di conducibilità è indicativo di elevata purezza. Al contrario, nelle acque reflue o nei fiumi, un’elevata conducibilità può indicare la presenza di contaminanti o inquinanti ionici, rendendo la conduttimetria uno strumento prezioso per il monitoraggio ambientale.
In campo industriale, la conduttimetria è ampiamente utilizzata nei processi chimici e farmaceutici, ad esempio per controllare l’avanzamento di reazioni in cui vi è produzione o consumo di ioni. Una applicazione particolarmente rilevante della conduttimetria è rappresentato dalle titolazioni conduttimetriche, dove la variazione della conducibilità durante l’aggiunta di un reagente permette di individuare il punto di equivalenza anche in assenza di indicatori colorimetrici, rendendo la tecnica adatta a soluzioni opache o fortemente colorate.
Nel settore agroalimentare, la conduttimetria rappresenta uno strumento di analisi semplice, economico e rapido, impiegato in diverse fasi della produzione e del controllo qualità. Uno degli usi più rilevanti è nel monitoraggio della qualità delle materie prime e dei prodotti finiti. Ad esempio, nel latte, la conducibilità può essere un indicatore della presenza di sali minerali (come sodio e cloruri), che tendono ad aumentare in caso di infezioni come la mastite bovina. Per questo motivo, la misurazione conduttimetrica è spesso integrata nei sistemi automatici di mungitura per rilevare precocemente problemi sanitari negli animali.
Nel caso dei succhi di frutta e delle bevande, la conducibilità consente di monitorare la concentrazione di elettroliti e di verificare la conformità del prodotto rispetto agli standard previsti. Valori anomali possono suggerire diluizioni, fermentazioni indesiderate o alterazioni chimiche. Inoltre, nella produzione del vino, la conduttimetria può essere utilizzata per seguire l’evoluzione del processo fermentativo, poiché la formazione di acidi e sali influisce direttamente sulla conducibilità della soluzione.
Un’altra applicazione importante riguarda la determinazione del contenuto salino in prodotti come formaggi, salumi o conserve. La quantità di sale disciolto influisce direttamente sulla conducibilità elettrica dell’alimento o del suo estratto acquoso, permettendo un controllo preciso e non invasivo del processo di salagione o stagionatura. Inoltre la conduttimetria viene utilizzata per il controllo della qualità dell’acqua impiegata nei processi produttivi, poiché l’acqua destinata all’uso alimentare deve rispettare rigorosi parametri di purezza ionica per evitare contaminazioni del prodotto finale.
Anche nella produzione energetica, in particolare nelle centrali termoelettriche o nucleari, la conduttimetria è fondamentale per monitorare l’acqua nei circuiti di raffreddamento: un aumento della conducibilità può segnalare corrosione, perdite o contaminazioni del sistema.
Infine, in ambito medico e biologico, la conduttimetria può essere impiegata per la determinazione di parametri fisiologici (come la concentrazione di elettroliti nei fluidi corporei) o per lo sviluppo di sensori conduttimetrici in dispositivi diagnostici.
Chimicamo la chimica online perché tutto è chimica
