САМОСТІЙНА АУДИТОРНА РОБОТА. 1.Ознайомитись з потенціометричним методом за допомогою дослідів, описаних в даних методичних вказівках

1.Ознайомитись з потенціометричним методом за допомогою дослідів, описаних в даних методичних вказівках.

2.Кількісне визначення речовин за допомогою потенціометричного методу.

3.Виконати лабораторні роботи, вказані в цих методичних матеріалах.

4.Оформити та захистити протокол.

5.Відповідати на запитання, запропоновані викладачем, з використанням записів на дошці.

6.Розв'язувати розрахункові задач, запропоновані викладачем.

 

Теоретична частина

Система, в якій є метал, занурений в розчин, називається електродом.

Скачок потенціалу на границі між металом і розчином називається електродним потенціалом. Величина електродного потенціалу залежить від природи металу, температури і активної концентрації йонів певного виду. Ця залежність описується рівнянням Нернста, яке лежить в основі потенціометричного методу аналізу:

де Е – електродний потенціал в мВ;

Ео – стандартна ЕРС електрохімічного ланцюга;

К – коефіцієнт, що залежить від температури; при 25оС він дорівнює 0,059, при 18оС - 0,058;

Z – заряд досліджуваного йону;

а – активність досліджуваного йону.

Для вимірювання потенціалу досліджуваний електрод з'єднують за допомогою соляного мостика (електролітичного ключа) з іншим електродом, потенціал якого відомий (електрод порівняння) і вимірюють різницю потенціалів, тобто електрорушійну силу (ЕРС) одержаного гальванічного ланцюга. Електрорушійна сила (Е) дорівнює різниці потенціалів електроду порівняння (Епор.) та індикаторного Е(ІЕ):

ЕРС = Е = Епор. – ЕІЕ + Ед,

де Ед – дифузійний потенціал, що виникає на межі розділу двох рідинних фаз електрохімічного ланцюга.

Активністю йонів називається активна концентрація, яка дорівнює аналітичній концентрації, коли концентрація всіх присутніх в розчині йонів дуже мала – менше 0,1 г/моль. При більш високих концентраціях активність частіше всього менша концентрації. Відношення активності до концентрації називається коефіцієнтом активності:

Максимальне значення коефіцієнту активності, що дорівнює 1, спостерігається в дуже розбавлених розчинах, де йони знаходяться на значній віддалі один від одного і тому взаємодія між ними відсутня. Із збільшенням концентрації йонів взаємодія між ними посилюється і коефіцієнт активності зменшується. Прямолінійної залежності між концентрацією і коефіцієнтом активності немає. Така залежність спостерігається між коефіцієнтом активності і йонною силою розчину, яка рівна півсумі добутку концентрацій С кожного йону на квадрат його валентності Z.

Якщо виразити ЕІЕ через рівняння Нернста і врахувати співвідношення а = f•c, то одержимо вираз, який лежить в основі всіх потенціометричних методів аналізу:

Таким чином, потенціометричні методи дозволяють визначити як активність йонів, так і їх концентрацію.

Для визначення концентрації йонів як допоміжнийвикористовують хлорсрібний електрод. Це дротинка металічного срібла, покрита тонким шаром срібла і занурена в розчин, насичений хлоридами аргентуму і калію. Цей електрод має вигляд скляної трубочки, в яку впаяний платиновий провід, який потім покривають електролітично густим шаром металічного срібла, а на сріблі осаджують малорозчинний аргентуму хлорид.

Як індикаторніелектроди застосовують мембранні електроди, які служать для визначення активності і концентрації відповідних йонів: калію, натрію, кальцію, магнію, хлорид-, бромід-, нітрат-йони та ін. Зовнішній вигляд у них подібний: пластмасовий корпус електроду складається з трубки, нижній кінець якої затягнутий йонітовою мембраною і головки, з вмонтованим в неї хлорсрібним напівелементом.

Трубчата частина електроду, що має мембрану, з'єднується з головкою за допомогою різьби. В середині трубки в контакті з мембраною знаходиться розчин, який містить визначуваний цим електродом йон 0,1н концентрації.

У розчин занурена робоча частина хлорсрібного елементу і такий електрод не можна зберігати в горизонтальному стані – він повинен бути занурений в розчин своєї солі, такої ж концентрації, як і всередині електроду.

При визначенні йонів калію електрод порівняння, який містить насичений розчин KCl повинен бути замінений на електрод з літію ацетатом, або з'єднуватись з електродом порівняння за допомогою електролітичного ключа, заповненого агар-агаром, приготовленим на насиченому розчині літію ацетату.

Суть вимірювання концентрації йонів полягає у наявності специфічних, так званих йон-селективних мембран, які адсорбують тільки певні йони, в різниці концентрацій на внутрішній і зовнішній частині мембран. Виникає потенціал, який і вимірюєм за допомогою йономірів.

Знаючи покази, які дають стандартні розчини, можна побудувати калібрувальні криві, і за ними визначити концентрації йонів досліджуваних розчинів в різних природніх водах, стоках, бурових розчинах та в інших об'єктах.