La coulometria è una forma di analisi quantitativa utilizzata per determinare la concentrazione di una sostanza in soluzione, generalmente denominata analita, misurando la quantità di elettricità necessaria per modificare lo stato di ossidazione della sostanza. Lo stato di ossidazione dell’analita può essere ridotto aggiungendo elettroni o aumentato rimuovendo elettroni. Il trasferimento di elettroni da o verso una sostanza può avvenire chimicamente nelle reazioni di riduzione-ossidazione, ma può essere ottenuto anche dall’elettricità, che è un flusso di elettroni, utilizzando l’elettrolisi. Misurando la quantità di carica elettrica trasferita durante la completa ossidazione o riduzione dell’analita mediante elettrolisi, è possibile calcolare la quantità che era presente. Ciò è in accordo con la prima legge dell’elettrolisi di Faraday, che afferma che la quantità di una sostanza trasformata durante l’elettrolisi è direttamente proporzionale alla quantità di elettricità trasferita.
In chimica, l’unità di misura della quantità di una sostanza è normalmente la mole, che è definita come il numero di atomi in 0.42 once (12 grammi) di carbonio-12. Gli elettroni possono essere misurati anche in moli. È quindi possibile calcolare quante moli di elettroni sarebbero necessarie per convertire, ad esempio, una data quantità di rame in soluzione dal suo stato di ossidazione +2 a rame metallico neutro. Per ogni mole di rame sono necessarie due moli di elettroni: Cu2+ + 2e- -> Cu. Pertanto, in una soluzione contenente una quantità sconosciuta di ioni Cu2+, la quantità presente, misurata in moli, può essere determinata misurando la quantità di elettroni, in moli, che vengono utilizzati per eseguire questa conversione al completamento.
La carica elettrica viene misurata in coulomb, un coulomb è la quantità di carica trasferita da una corrente di un ampere in un secondo. Una mole di elettroni equivale a poco più di 96,485 coulomb. Misurando il tempo impiegato da una corrente nota per completare una reazione come quella sopra, si può calcolare il numero di moli di elettroni utilizzati e da questo determinare il numero di moli dell’analita. Questo tipo di coulometria è noto come coulometria a corrente controllata o titolazione coulometrica. Il metodo richiede un mezzo per determinare quando è stato raggiunto il punto finale della reazione, come un indicatore chimico.
Un altro tipo di analisi coulometrica è la coulometria a potenziale controllato. In questo caso viene mantenuto un potenziale elettrico costante e viene misurata la corrente. Man mano che la reazione procede, la corrente diminuisce e si avvicina a zero quando la reazione è completa. Il numero di moli di analita può essere calcolato dal tempo impiegato dalla corrente per scendere a zero.