Die coulometrische Titration ist eine Variante der Coulometrie und eine Titration, bei der keine Maßlösung verwendet, sondern das Reagenz direkt an einer Elektrode in der Probenlösung erzeugt wird.
Als Messgröße einer coulometrischen Titration dient folglich nicht der Verbrauch an Maßlösung, sondern die an den Elektroden ausgetauschte Menge an Elektrizität Q. Aus der Elektrizitätsmenge kann gemäß den Faraday’schen Gesetzen die Menge an erzeugtem Reagenz berechnet werden.
Ein Beispiel für eine in der analytischen Praxis besonders relevante Anwendung der coulometrischen Titration ist die coulometrische Variante der Karl-Fischer-Titration.
Inhaltsverzeichnis
Grundlagen der coulometrischen Titration
Nach den Faraday’schen Gesetzen kann die bei einer coulometrischen Titration umgesetzte Stoffmenge n mit der folgenden Formel berechnet werden:
n = Q / (z ∙ F)
Q = benötigte/gemessene Elektrizitätsmenge
z = Anzahl ausgetauschter Elektronen
F = Faraday-Konstante
Die Masse m der zu bestimmenden Substanz lässt sich wie folgt aus Q berechnen:
m = (M ∙ Q) / (z ∙ F)
M = molaren Masse der zu bestimmenden Substanz
Voraussetzung für richtige Ergebnisse bei der coulometrischen Titration ist allerdings, dass die Stromausbeute 100 % beträgt. Es darf also nur die zu analysierende Substanz Elektronen aufnehmen beziehungsweise abgeben und Nebenreaktionen müssen vermieden werden.
Eine einfache Methode, um die umgesetzte Elektrizitätsmenge Q zu messen, besteht in der Verwendung eines Geräts, das eine konstante Stromstärke I abgibt. Gemäß der Definition Q = I · t kann dann bei bekanntem I aus der Zeit t die Elektrizitätsmenge Q berechnet werden. Die coulometrische Titration ist also letztlich eine Zeitmessung.
Aufbau einer Apparatur für die coulometrische Titration
Prinzipiell besteht eine Apparatur für die coulometrische Titration aus den folgenden Komponenten:
- Zwei Generatorelektroden, von denen eine das Reagenz erzeugt
- Ein Gerät mit konstanter Stromabgabe
- Eine elektrische Uhr zur automatischen Bestimmung der Titrationszeit
- Ein Schalter für die Stromzufuhr zu den Generatorelektroden
Bei Betätigung des Schalters wird zeitgleich die Uhr gestartet und wieder gestoppt, sobald der Schalter am Ende der Titration erneut betätigt wird. Der Strom fließt dann nicht mehr durch das Titrationssystem, sondern zum Gerät zurück.
Anwendung coulometrischer Titrationen
Neben der bereits erwähnten Karl-Fischer-Titration eignet sich die coulometrische Titration auch für eine Reihe weiterer Analysen, sowohl für andere Verfahren der Redoxtitration als auch für Methoden der Säure-Base-Titration, komplexometrische Titrationen und die Argentometrie.