วิธีการทางเคมีไฟฟ้าสำหรับตรวจสอบองค์ประกอบของของเหลว วิธีเคมีไฟฟ้าสำหรับศึกษาองค์ประกอบของสาร

บทนำ

บทที่ 1 แนวคิดทั่วไป การจำแนกวิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมี

บทที่ 2 วิธีการวิเคราะห์โพเทนชิโอเมตริก (โพเทนชิโอเมทรี)

หลักการ 1 วิธี

3 การไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริก

บทที่ 3

1 หลักการของวิธีการ แนวคิดพื้นฐาน

2 หลักการวัดความนำไฟฟ้า

3 การไทเทรตแบบวัดความนำไฟฟ้า

บทที่ 4 การวิเคราะห์การนำไฟฟ้า (conductometry)

1 สาระสำคัญของวิธีการ

2 การวิเคราะห์เชิงปริมาณเชิงปริมาณ

3 การประยุกต์ใช้โพลาโรกราฟี

บทที่ 5. การไทเทรตแบบแอมเพอโรเมตริก

บทที่ 6

หลักการ 1 วิธี

3 การไทเทรตคูลอมเมตริก

บทสรุป

บรรณานุกรม

การแนะนำ

วิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมีเป็นชุดของวิธีการวิเคราะห์เชิงคุณภาพและเชิงปริมาณตามปรากฏการณ์ทางเคมีไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในตัวกลางที่กำลังศึกษาหรือที่ขอบเขตของเฟส และเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง องค์ประกอบทางเคมี หรือความเข้มข้นของสารที่วิเคราะห์

วิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมีแบ่งออกเป็นห้ากลุ่มหลัก: โพเทนชิโอเมทรี, โวลต์แทมเมทรี, คูลอมเมตรี, การวัดความนำไฟฟ้าและแอมเพอโรเมทรี

การใช้วิธีการเหล่านี้ในการวิเคราะห์เชิงปริมาณขึ้นอยู่กับการพึ่งพาค่าของพารามิเตอร์ที่วัดได้ในระหว่างกระบวนการไฟฟ้าเคมีกับสารที่แยกจากกันในสารละลายที่วิเคราะห์ซึ่งมีส่วนร่วมในกระบวนการไฟฟ้าเคมีนี้ พารามิเตอร์เหล่านี้รวมถึงความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้า ปริมาณไฟฟ้า กระบวนการไฟฟ้าเคมีเป็นกระบวนการที่มาพร้อมกับปฏิกิริยาเคมีและการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางไฟฟ้าของระบบ ซึ่งในกรณีดังกล่าวสามารถเรียกได้ว่าระบบไฟฟ้าเคมี ในทางปฏิบัติในการวิเคราะห์ ระบบไฟฟ้าเคมีมักจะประกอบด้วยเซลล์ไฟฟ้าเคมี รวมถึงภาชนะที่มีสารละลายวิเคราะห์ที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ซึ่งอิเล็กโทรดจะถูกจุ่มลงในขั้วไฟฟ้า

มีวิธีไฟฟ้าเคมีทางตรงและทางอ้อม ในวิธีการโดยตรงจะใช้การพึ่งพาความแรงในปัจจุบัน (ศักยภาพ ฯลฯ ) กับความเข้มข้นของสารที่วิเคราะห์ ในวิธีทางอ้อม ค่าความแรงของกระแสไฟฟ้า (ศักยภาพและอื่นๆ ที่คล้ายกัน) จะถูกวัดเพื่อหาจุดสิ้นสุดของการไทเทรตของส่วนประกอบที่จะกำหนดด้วยไทแทรนต์ที่เหมาะสม กล่าวคือ การพึ่งพาพารามิเตอร์ที่วัดได้กับปริมาตรของไทแทรนต์ ถูกนำมาใช้.

บทที่ 1 แนวคิดทั่วไป การจำแนกประเภทวิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมี

เคมีวิเคราะห์ทางไฟฟ้ารวมถึงวิธีการวิเคราะห์ทางเคมีไฟฟ้าตามปฏิกิริยาของอิเล็กโทรดและการถ่ายโอนไฟฟ้าผ่านสารละลาย

การใช้วิธีเคมีไฟฟ้าในการวิเคราะห์เชิงปริมาณขึ้นอยู่กับการใช้การพึ่งพาค่าของพารามิเตอร์ที่วัดได้ของกระบวนการไฟฟ้าเคมี (ความต่างศักย์ไฟฟ้า, กระแส, ปริมาณไฟฟ้า) กับเนื้อหาของสารวิเคราะห์ในสารละลายที่วิเคราะห์ที่เข้าร่วม ในกระบวนการไฟฟ้าเคมีนี้ กระบวนการไฟฟ้าเคมีเป็นกระบวนการที่มาพร้อมกับปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นพร้อมกันและการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางไฟฟ้าของระบบ ซึ่งในกรณีดังกล่าวสามารถเรียกได้ว่าระบบไฟฟ้าเคมี ในทางปฏิบัติในการวิเคราะห์ ระบบไฟฟ้าเคมีมักจะประกอบด้วยเซลล์ไฟฟ้าเคมี รวมถึงภาชนะที่มีสารละลายวิเคราะห์ที่นำไฟฟ้า ซึ่งอิเล็กโทรดจะถูกจุ่มลงไป

การจำแนกวิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมี วิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมีแบ่งได้หลายวิธี จำแนกตามลักษณะของแหล่งพลังงานไฟฟ้าในระบบ วิธีการมีสองกลุ่ม:

ก) วิธีการที่ไม่มีการกำหนดศักยภาพภายนอก (ภายนอก)

แหล่งที่มาของพลังงานไฟฟ้าคือระบบไฟฟ้าเคมีนั่นเอง ซึ่งเป็นเซลล์กัลวานิก (วงจรไฟฟ้า) วิธีการเหล่านี้รวมถึงวิธีโพเทนชิโอเมตริก แรงเคลื่อนไฟฟ้า - EMF - และศักย์ไฟฟ้าในระบบดังกล่าวขึ้นอยู่กับเนื้อหาของสารที่วิเคราะห์ในสารละลาย

b) วิธีการที่มีการกำหนดศักยภาพภายนอก (ภายนอก) วิธีการเหล่านี้รวมถึง:

การวิเคราะห์ conductometric - ขึ้นอยู่กับการวัดค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายตามหน้าที่ของความเข้มข้น

การวิเคราะห์โวลแทมเมทริก - ขึ้นอยู่กับการวัดกระแสในฐานะฟังก์ชันของความต่างศักย์ที่ทราบและความเข้มข้นของสารละลายที่ใช้

การวิเคราะห์คูลอมเมตริก - ขึ้นอยู่กับการวัดปริมาณไฟฟ้าที่ไหลผ่านสารละลายตามฟังก์ชันของความเข้มข้น

การวิเคราะห์อิเล็กโตรกราวิเมทริก - ขึ้นอยู่กับการวัดมวลของผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี

จำแนกตามวิธีการใช้วิธีไฟฟ้าเคมี มีวิธีการทางตรงและทางอ้อม

ก) วิธีการโดยตรง พารามิเตอร์ไฟฟ้าเคมีวัดเป็นฟังก์ชันที่ทราบกันดีของความเข้มข้นของสารละลาย และตามการบ่งชี้ของอุปกรณ์วัดที่เกี่ยวข้อง จะพบเนื้อหาของสารที่วิเคราะห์ในสารละลาย

b) วิธีการทางอ้อมคือวิธีการไทเทรตซึ่งจุดสิ้นสุดของการไทเทรตได้รับการแก้ไขตามการวัดค่าพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าของระบบ

ตามการจัดหมวดหมู่นี้ จะมีความแตกต่าง ตัวอย่างเช่น ระหว่างการไทเทรตการนำไฟฟ้าโดยตรงและการไทเทรตแบบ conductometric

บทที่ 2 วิธีการวิเคราะห์ศักยภาพ (POTENTIOMETRY)

หลักการ 1 วิธี

การวิเคราะห์โพเทนชิโอเมตริก (โพเทนชิโอเมทรี) ขึ้นอยู่กับการวัด EMF และศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดซึ่งเป็นฟังก์ชันของความเข้มข้นของสารละลายที่วิเคราะห์

หากอยู่ในระบบไฟฟ้าเคมี - ในเซลล์กัลวานิก - ปฏิกิริยาเกิดขึ้นที่ขั้วไฟฟ้า:

aA+bB↔dD + eE

ด้วยการถ่ายโอนอิเล็กตรอน n ดังนั้นสมการ Nernst สำหรับ EMF E ของปฏิกิริยานี้มีรูปแบบ:

E꞊E˚- RTnFlnaDda Eea(A)a aBb

โดยที่ตามปกติ E °คือ EMF มาตรฐานของปฏิกิริยา (ความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน) R คือค่าคงที่ของแก๊ส T คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ที่เกิดปฏิกิริยา F คือหมายเลขฟาราเดย์ a(A), a(B), a(D) และ n(E) คือกิจกรรมของรีเอเจนต์ที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา สมการ (10.1) ใช้ได้กับ EMF ของเซลล์กัลวานิกที่ทำงานแบบย้อนกลับได้

สำหรับอุณหภูมิห้อง สามารถแสดงสมการ (10.1) ได้ในรูปแบบ:

E꞊E˚- 0.059nlnaDda Eea(A)a aBb

ภายใต้เงื่อนไขเมื่อกิจกรรมของรีเอเจนต์มีค่าเท่ากับความเข้มข้นโดยประมาณ สมการ (1) จะกลายเป็นสมการ (3):

꞊E˚- RTnFlncDdc EecAa aBb

โดยที่ c(A), c(B), c(E), c(D) คือความเข้มข้นของสารทำปฏิกิริยา สำหรับอุณหภูมิห้อง สมการนี้สามารถแสดงเป็น (4):

꞊E˚- 0.059nlncDdc EecAa aBb

ในการวัดโพเทนชิโอเมตริกในเซลล์ไฟฟ้าเคมี ใช้อิเล็กโทรดสองขั้ว: อิเล็กโทรดตัวบ่งชี้ ศักยภาพของค่านั้นขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารที่วิเคราะห์ (กำหนดศักยภาพ) ในสารละลายที่วิเคราะห์ และอิเล็กโทรดอ้างอิง ศักยภาพของสารที่วิเคราะห์นั้นยังคงที่ ภายใต้เงื่อนไขการวิเคราะห์ ดังนั้น ค่า EMF ที่กำหนดโดยสมการ (1)-(4) สามารถคำนวณเป็นผลต่างระหว่างศักย์จริงของอิเล็กโทรดทั้งสองนี้

ในโพเทนชิโอเมทรีจะใช้อิเล็กโทรดประเภทต่อไปนี้: อิเล็กโทรดของที่หนึ่ง, ชนิดที่สอง, รีดอกซ์, อิเล็กโทรดเมมเบรน

อิเล็กโทรดประเภทแรกคืออิเล็กโทรดที่สามารถย้อนกลับได้ในรูปของไอออนบวกร่วมกับวัสดุอิเล็กโทรด อิเล็กโทรดประเภทแรกมีสามประเภท

ก) โลหะ M แช่ในสารละลายเกลือของโลหะชนิดเดียวกัน ปฏิกิริยาย้อนกลับเกิดขึ้นบนพื้นผิวของอิเล็กโทรดดังกล่าว:

Mn+ + ne = M

ศักยภาพที่แท้จริงของอิเล็กโทรดชนิดแรกนั้นขึ้นอยู่กับกิจกรรม a(Mn+) ของไอออนบวกของโลหะ และอธิบายโดยสมการ (5)-(8)

โดยทั่วไป สำหรับอุณหภูมิใดๆ:

꞊E˚+ RTnFln (Mn+)

สำหรับอุณหภูมิห้อง:

꞊E˚+ 0.059nln a(Mn+)

ที่ความเข้มข้นต่ำ c(Mn+) เมื่อกิจกรรม a(Mn+) ของโลหะไอออนมีค่าเท่ากับความเข้มข้นโดยประมาณ:

꞊E˚+ RTnFln c(Mn+)

สำหรับอุณหภูมิห้อง:

b) อิเล็กโทรดแก๊ส ตัวอย่างเช่น อิเล็กโทรดไฮโดรเจน รวมถึงอิเล็กโทรดไฮโดรเจนมาตรฐาน ศักยภาพของอิเล็กโทรดแก๊สไฮโดรเจนแบบย้อนกลับได้นั้นพิจารณาจากกิจกรรมของไฮโดรเจนไอออน กล่าวคือ ค่า pH ของสารละลายและที่อุณหภูมิห้องเท่ากับ:

꞊E˚+ 0.059 lg a(H30+) = 0.059 lg a(H3O+) = -0.059pH

เนื่องจากสำหรับขั้วไฟฟ้าไฮโดรเจน ศักย์มาตรฐานจะถือว่าเป็นศูนย์ ( £° =0), และตามปฏิกิริยาอิเล็กโทรด:

H++e = H

จำนวนอิเล็กตรอนที่เข้าร่วมในปฏิกิริยานี้เท่ากับหนึ่ง: n = 1

ค) อิเล็กโทรดอมัลกัม ซึ่งเป็นอมัลกัมของโลหะที่แช่อยู่ในสารละลายที่มีไอออนบวกของโลหะชนิดเดียวกัน ศักยภาพของอิเล็กโทรดชนิดแรกนั้นขึ้นอยู่กับกิจกรรมของไอออนบวกโลหะ (Mn+) ในสารละลายและกิจกรรมของ n(M) ของโลหะในอมัลกัม:

꞊E˚+ RTnFlna(Mn+)a(M)

อิเล็กโทรดอมัลกัมสามารถย้อนกลับได้สูง

อิเล็กโทรดชนิดที่สองสามารถย้อนกลับได้ มีอิเล็กโทรดประเภทที่สองดังต่อไปนี้

ก) โลหะซึ่งพื้นผิวถูกปกคลุมด้วยเกลือที่ละลายได้น้อยของโลหะชนิดเดียวกัน จุ่มลงในสารละลายที่มีแอนไอออนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเกลือที่ละลายได้น้อยนี้ ตัวอย่างคืออิเล็กโทรดซิลเวอร์คลอไรด์ Ag|AgCl, KS1 หรืออิเล็กโทรดคาโลเมล Hg|Hg2Cl2, KS1

อิเล็กโทรดซิลเวอร์คลอไรด์ประกอบด้วยลวดเงินเคลือบด้วยเกลือ AgCI ที่ละลายน้ำได้เล็กน้อยจุ่มลงในสารละลายโพแทสเซียมคลอไรด์ในน้ำ ปฏิกิริยาย้อนกลับเกิดขึ้นที่อิเล็กโทรดซิลเวอร์คลอไรด์

อิเล็กโทรดคาโลเมลประกอบด้วยโลหะปรอทเคลือบด้วยปรอทที่ละลายได้น้อย(1) คลอไรด์ Hg2Cl2 - คาโลเมล เมื่อสัมผัสกับสารละลายโพแทสเซียมคลอไรด์ที่เป็นน้ำ ปฏิกิริยาย้อนกลับเกิดขึ้นที่ขั้วไฟฟ้าคาโลเมล:

Cl2 + 2е = 2Hg + 2СГ

ศักยภาพที่แท้จริงของอิเล็กโทรดประเภทที่สองขึ้นอยู่กับกิจกรรมของแอนไอออนและสำหรับอิเล็กโทรดที่ทำงานแบบย้อนกลับได้ซึ่งปฏิกิริยาจะเกิดขึ้น:

เน = M + อัน-

อธิบายโดยสมการ Nernst (9)-(12)

โดยทั่วไป ที่อุณหภูมิใด ๆ ที่ยอมรับได้ T:

꞊E˚- RTnFln a(An-)

สำหรับอุณหภูมิห้อง:

꞊E˚- 0.059nln a(An-)

สำหรับเงื่อนไขที่กิจกรรมของแอนไอออนมีค่าเท่ากับความเข้มข้นของพวกมันโดยประมาณ c (A "~):

E꞊E˚- RTnFln c(An-)

สำหรับอุณหภูมิห้อง:

꞊E˚- 0.059nln c(An-)

ตัวอย่างเช่น ศักยภาพที่แท้จริง E1 และ E2 ตามลำดับของซิลเวอร์คลอไรด์และอิเล็กโทรดคาโลเมลที่อุณหภูมิห้องสามารถแสดงได้ดังนี้:

꞊E1˚- 0.0591g a(Cl-),꞊E2˚- 0.0591g a(Cl-)

อิเล็กโทรดประเภทที่สองสามารถย้อนกลับได้สูงและมีเสถียรภาพในการทำงาน ดังนั้น อิเล็กโทรดเหล่านี้จึงมักใช้เป็นอิเล็กโทรดอ้างอิงที่สามารถรักษาค่าศักย์ไฟฟ้าคงที่ได้อย่างคงที่

b) อิเล็กโทรดแก๊สชนิดที่สอง เช่น อิเล็กโทรดคลอรีน Pt, Cl2 KC1 อิเล็กโทรดแก๊สชนิดที่สองไม่ค่อยได้ใช้ในการวิเคราะห์โพเทนชิโอเมตริกเชิงปริมาณ

อิเล็กโทรดรีดอกซ์ประกอบด้วยวัสดุเฉื่อย (แพลตตินั่ม ทอง ทังสเตน ไททาเนียม กราไฟต์ ฯลฯ) จุ่มลงในสารละลายที่มี Oxidized Ox และรูป Red ลดลงของสารนี้ อิเล็กโทรดรีดอกซ์มีสองประเภท:

ก) อิเล็กโทรดที่มีศักยภาพซึ่งไม่ขึ้นอยู่กับกิจกรรมของไฮโดรเจนไอออนเช่น Pt | FeCl3, FeCI2, Pt | K3, K4, ฯลฯ ;

b) อิเล็กโทรด ศักยภาพซึ่งขึ้นอยู่กับกิจกรรมของไฮโดรเจนไอออน เช่น อิเล็กโทรด quinhydrone

บนอิเล็กโทรดรีดอกซ์ซึ่งไม่ขึ้นอยู่กับกิจกรรมของไฮโดรเจนไอออนจะเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับได้:

Ox + ne = สีแดง

ศักยภาพที่แท้จริงของอิเล็กโทรดรีดอกซ์นั้นขึ้นอยู่กับกิจกรรมของรูปแบบออกซิไดซ์และรีดิวซ์ของสารที่กำหนด และอธิบายสำหรับอิเล็กโทรดที่ทำงานแบบย้อนกลับได้ ขึ้นอยู่กับเงื่อนไข (โดยการเปรียบเทียบกับศักยภาพข้างต้น) โดยสมการ Nernst (13) - (16):

꞊E˚+ RTnFln a (Ox)a (สีแดง)꞊E˚+ 0.059nlg a (Ox)a (สีแดง)꞊E˚+ RTnFln c(Ox)c (สีแดง)꞊E˚+ 0.059nlg c (Ox) ค (สีแดง)

หากไฮโดรเจนไอออนมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาอิเล็กโทรด กิจกรรม (ความเข้มข้น) ของพวกมันจะถูกนำมาพิจารณาในสมการของ Nernst ที่สอดคล้องกันสำหรับแต่ละกรณี

เมมเบรนหรืออิเล็กโทรดแบบเลือกไอออนเป็นอิเล็กโทรดที่สามารถย้อนกลับได้สำหรับไอออนบางชนิด (ไพเพอร์หรือแอนไอออน) ที่ถูกดูดซับโดยเมมเบรนที่เป็นของแข็งหรือของเหลว ศักยภาพที่แท้จริงของอิเล็กโทรดดังกล่าวขึ้นอยู่กับกิจกรรมของไอออนเหล่านั้นในสารละลายที่ถูกดูดซับโดยเมมเบรน อิเล็กโทรดเมมเบรนที่มีเมมเบรนที่เป็นของแข็งประกอบด้วยเมมเบรนบางมาก ซึ่งทั้งสองด้านมีสารละลายต่างๆ ที่มีไอออนที่วิเคราะห์เหมือนกัน แต่มีความเข้มข้นต่างกัน: สารละลาย (มาตรฐาน) ที่มีความเข้มข้นของไอออนที่วิเคราะห์ที่ทราบได้อย่างแม่นยำและสารละลายที่วิเคราะห์ด้วย ความเข้มข้นที่ไม่ทราบความเข้มข้นของไอออนที่วิเคราะห์ เนื่องจากความเข้มข้นของไอออนในสารละลายทั้งสองต่างกัน ไอออนที่อยู่ด้านต่างๆ ของเมมเบรนจึงถูกดูดซับในปริมาณที่ไม่เท่ากัน และประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างการดูดซับไอออนที่ด้านต่างๆ ของเมมเบรนไม่เหมือนกัน เป็นผลให้เกิดความต่างศักย์ของเมมเบรน

การหาค่าไอออนโดยใช้อิเล็กโทรดคัดเลือกไอออนเมมเบรนเรียกว่าไอโอโนเมทรี

ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น ในการวัดโพเทนชิโอเมตริก เซลล์ไฟฟ้าเคมีประกอบด้วยอิเล็กโทรดสองขั้ว - อิเล็กโทรดตัวบ่งชี้และอิเล็กโทรดอ้างอิง ขนาดของ EMF ที่สร้างขึ้นในเซลล์เท่ากับความต่างศักย์ของอิเล็กโทรดทั้งสองนี้ เนื่องจากศักยภาพของอิเล็กโทรดอ้างอิงยังคงที่ภายใต้เงื่อนไขของการหาโพเทนชิโอเมตริก EMF จึงขึ้นอยู่กับศักยภาพของอิเล็กโทรดตัวบ่งชี้เท่านั้น กล่าวคือ เกี่ยวกับกิจกรรม (ความเข้มข้น) ของไอออนบางชนิดในสารละลาย นี่เป็นพื้นฐานสำหรับการกำหนดโพเทนชิโอเมตริกของความเข้มข้นของสารที่กำหนดในสารละลายที่วิเคราะห์

สำหรับการกำหนดโพเทนชิโอเมตริกของความเข้มข้นของสารในสารละลาย จะใช้ทั้งโพเทนชิโอเมตริกโดยตรงและการไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริก แม้ว่าวิธีที่สองจะใช้บ่อยกว่าวิธีแรกมาก

การกำหนดความเข้มข้นของสารในโพเทนชิโอเมทรีโดยตรงมักจะกระทำโดยวิธีกราฟเทียบมาตรฐานหรือโดยวิธีการเติมมาตรฐาน

ก) วิธีการปรับเทียบเส้นโค้ง เตรียมชุดโซลูชันมาตรฐาน 5-7 รายการพร้อมเนื้อหาที่ทราบของสารที่วิเคราะห์ ความเข้มข้นของสารที่วิเคราะห์และความแรงของไอออนในสารละลายอ้างอิงไม่ควรแตกต่างกันอย่างมากจากความเข้มข้นและความแรงของไอออนของสารละลายที่วิเคราะห์: ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ ข้อผิดพลาดในการวัดค่าจะลดลง

ความแข็งแรงของไอออนิกของสารละลายทั้งหมดจะคงที่โดยการแนะนำอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่แยแส สารละลายอ้างอิงถูกนำเข้าสู่เซลล์ไฟฟ้าเคมี (โพเทนชิโอเมตริก) ตามลำดับ โดยปกติ เซลล์นี้เป็นบีกเกอร์แก้วซึ่งวางอิเล็กโทรดตัวบ่งชี้และอิเล็กโทรดอ้างอิง

วัดค่า EMF ของสารละลายอ้างอิงโดยล้างอิเล็กโทรดและบีกเกอร์ด้วยน้ำกลั่นอย่างทั่วถึง ก่อนเติมเซลล์ด้วยสารละลายอ้างอิงแต่ละชนิด จากข้อมูลที่ได้รับ กราฟการปรับเทียบจะถูกสร้างขึ้นในพิกัด EMF-lg c โดยที่ c คือความเข้มข้นของสารที่วิเคราะห์ในสารละลายอ้างอิง โดยปกติกราฟดังกล่าวจะเป็นเส้นตรง จากนั้น นำสารละลายที่วิเคราะห์แล้วเข้าสู่เซลล์ไฟฟ้าเคมี (หลังจากล้างเซลล์ด้วยน้ำกลั่น) และวัด EMF ของเซลล์ จากกราฟการสอบเทียบ จะพบ log c(X) โดยที่ c(X) คือความเข้มข้นของสารที่วิเคราะห์ในสารละลายที่วิเคราะห์

b) วิธีการเติมมาตรฐาน ปริมาตร V(X) ที่ทราบของสารละลายที่วิเคราะห์ซึ่งมีความเข้มข้น c(X) ถูกนำเข้าสู่เซลล์ไฟฟ้าเคมีและวัด EMF ของเซลล์ จากนั้น ปริมาตรขนาดเล็กที่วัดได้อย่างแม่นยำของสารละลายมาตรฐาน V(st) ที่มีความเข้มข้นสูงที่ทราบ c(st) ของสารที่วิเคราะห์ที่ทราบแล้วจะถูกเติมลงในสารละลายเดียวกัน และ EMF ของเซลล์จะถูกกำหนดอีกครั้ง

คำนวณความเข้มข้น c(X) ของสารที่วิเคราะห์ในสารละลายที่วิเคราะห์ตามสูตร (10.17):

c (X) \u003d c (st) V (st) V X + V (st)

ที่ไหน △ E คือความแตกต่างระหว่างค่า EMF ที่วัดได้สองค่า n คือจำนวนอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาอิเล็กโทรด

การประยุกต์ใช้โพเทนชิโอเมทรีโดยตรง วิธีการนี้ใช้เพื่อกำหนดความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน (สารละลาย pH), แอนไอออน, ไอออนของโลหะ (ไอโอโนเมทรี)

เมื่อใช้โพเทนชิโอเมทรีโดยตรง การเลือกอิเล็กโทรดตัวบ่งชี้ที่เหมาะสมและการวัดศักย์สมดุลที่แม่นยำมีบทบาทสำคัญ

เมื่อวัดค่า pH ของสารละลาย อิเล็กโทรดจะถูกใช้เป็นอิเล็กโทรดบ่งชี้ ซึ่งศักยภาพของค่าดังกล่าวจะขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน ได้แก่ แก้ว ไฮโดรเจน ควินไฮโดรน และอื่นๆ อิเล็กโทรดแก้วเมมเบรนที่ใช้บ่อยที่สุดสามารถย้อนกลับได้เมื่อเทียบกับไฮโดรเจนไอออน ศักยภาพของอิเล็กโทรดแก้วนั้นถูกกำหนดโดยความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน ดังนั้น EMF ของวงจร ซึ่งรวมถึงอิเล็กโทรดแก้วที่เป็นตัวบ่งชี้ อธิบายไว้ที่อุณหภูมิห้องโดยสมการ:

K + 0.059 pH,

โดยที่ค่าคงที่ K ขึ้นอยู่กับวัสดุของเมมเบรน ลักษณะของอิเล็กโทรดอ้างอิง อิเล็กโทรดแก้วช่วยให้คุณกำหนด pH ในช่วง pH = 0-10 (บ่อยกว่า - ในช่วง pH = 2-10) และมีการย้อนกลับสูงและความเสถียรในการทำงาน

อิเล็กโทรด Quinhydrone ซึ่งมักใช้ในอดีตคืออิเล็กโทรดรีดอกซ์ซึ่งมีศักยภาพขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของไอออนไฮโดรเจน เป็นลวดแพลตตินั่มแช่ในสารละลายกรด (โดยปกติคือ HC1) ที่อิ่มตัวด้วย quinhydrone ซึ่งเป็นสารประกอบที่มีโมเลกุลเท่ากันของควิโนนที่มีไฮโดรควิโนนขององค์ประกอบ C6H402 C6H4(OH)2 (ผงสีเขียวเข้ม ละลายได้เล็กน้อยในน้ำ) การกำหนดแผนผังของอิเล็กโทรด quinhydrone: Pt | ควินไฮโดรน, HC1.

ปฏิกิริยารีดอกซ์เกิดขึ้นที่อิเล็กโทรด quinhydrone:

C6H402 + 2H+ + 2e \u003d C6H4 (OH) 2

ศักยภาพของอิเล็กโทรด quinhydrone ที่อุณหภูมิห้องอธิบายโดยสูตร

E°-0.059 pH.

อิเล็กโทรด Quinhydrone ช่วยให้คุณวัดค่า pH ของสารละลายในช่วง pH = 0-8.5 ที่ pH< 0 хингидрон гидролитически расщепляется: при рН >ไฮโดรควิโนน 8,5 ซึ่งเป็นกรดอ่อนจะเข้าสู่ปฏิกิริยาการวางตัวเป็นกลาง ไม่สามารถใช้อิเล็กโทรด Quinhydrone ในที่ที่มีตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์อย่างแรง

อิเล็กโทรดแบบคัดเลือกเมมเบรนที่ใช้เมมเบรนถูกนำมาใช้เป็นไอโอโนเมทรีเป็นตัวบ่งชี้สำหรับกำหนดไอออนบวกต่างๆ (Li+, Na+, K+ Mg2t, Ca2+, Cd2+, Fe2+, Ni2+ เป็นต้น) และแอนไอออน (F-, Cl-, Br -, I-, S2- ฯลฯ )

ข้อดีของโพเทนชิโอเมทรีโดยตรง ได้แก่ ความเรียบง่ายและความเร็วในการวัด การวัดต้องใช้สารละลายในปริมาณเล็กน้อย

3การไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริก

การไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริก - วิธีการกำหนดปริมาตรของไทแทรนต์ที่ใช้ในการไทเทรตของสารที่วิเคราะห์ในสารละลายที่วิเคราะห์โดยการวัด EMF (ระหว่างกระบวนการไทเทรต) โดยใช้วงจรไฟฟ้าที่ประกอบด้วยอิเล็กโทรดตัวบ่งชี้

และอิเล็กโทรดอ้างอิง ในการไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริก สารละลายที่วิเคราะห์ซึ่งอยู่ในเซลล์ไฟฟ้าเคมีจะถูกไทเทรต

ไทแทรนต์ที่เหมาะสมซึ่งแก้ไขจุดสิ้นสุดของการไทเทรตโดยการเปลี่ยนแปลง EMF ของวงจรที่วัดได้อย่างชัดเจน - ศักยภาพของอิเล็กโทรดตัวบ่งชี้ซึ่งขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของไอออนที่เกี่ยวข้องและเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วที่จุดสมมูล

การเปลี่ยนแปลงศักยภาพของอิเล็กโทรดตัวบ่งชี้ระหว่างกระบวนการไทเทรตนั้นวัดโดยขึ้นอยู่กับปริมาตรของไทแทรนต์ที่เติม จากข้อมูลที่ได้รับ กราฟการไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริกจะถูกสร้างขึ้น และปริมาตรของไทแทรนต์ที่ใช้ไปในเซลล์เชื้อเพลิงจะถูกกำหนดจากกราฟนี้

การไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริกไม่จำเป็นต้องใช้ตัวบ่งชี้ที่เปลี่ยนสีใกล้กับเซลล์เชื้อเพลิง การประยุกต์ใช้การไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริก วิธีการนี้เป็นแบบสากล สามารถใช้เพื่อระบุจุดสิ้นสุดของการไทเทรตในการไทเทรตทุกประเภท: กรด-เบส รีดอกซ์ เชิงซ้อน การตกตะกอน การไทเทรตในตัวกลางที่ไม่ใช่น้ำ อิเล็กโทรดแก้ว ปรอท เลือกไอออน แพลตตินั่ม เงินใช้เป็นตัวบ่งชี้ และใช้คาโลเมล ซิลเวอร์คลอไรด์ อิเล็กโทรดแก้วเป็นอิเล็กโทรดอ้างอิง

วิธีการนี้มีความแม่นยำสูงและมีความไวสูง: ช่วยให้สามารถไทเทรตในตัวกลางที่ขุ่น สี และไม่มีน้ำ การกำหนดส่วนประกอบของส่วนผสมในสารละลายเดียวที่วิเคราะห์แยกกัน เช่น การวัดค่าคลอไรด์และไอโอไดด์ไอออนแยกกันระหว่างการไทเทรตแบบอาร์เจนโทเมตริก

สารยาหลายชนิดได้รับการวิเคราะห์โดยวิธีการไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริก เช่น กรดแอสคอร์บิก ยาซัลฟา ยาบาร์บิทูเรต อัลคาลอยด์ เป็นต้น

ผู้ก่อตั้งการวิเคราะห์ conductometric คือ F.V.G. นักฟิสิกส์และนักเคมีกายภาพชาวเยอรมัน Kohlrausch (1840-1910) ซึ่งเป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2428 ได้เสนอสมการที่สร้างความสัมพันธ์ระหว่างค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายของอิเล็กโทรไลต์เข้มข้นกับความเข้มข้นของพวกมัน ที่

กลางยุค 40 ศตวรรษที่ 20 พัฒนาวิธีการไทเทรตแบบ conductometric ความถี่สูง ตั้งแต่ต้นปี 60 ศตวรรษที่ 20 เริ่มใช้เครื่องตรวจจับ conductometric ในโครมาโตกราฟีของเหลว

1 หลักการของวิธีการ แนวคิดพื้นฐาน

การวิเคราะห์การนำไฟฟ้า (conductometry) ขึ้นอยู่กับการใช้ความสัมพันธ์ระหว่างค่าการนำไฟฟ้า (การนำไฟฟ้า) ของสารละลายอิเล็กโทรไลต์และความเข้มข้นของสารละลาย

ค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายอิเล็กโทรไลต์ - ตัวนำชนิดที่สอง - พิจารณาจากการวัดความต้านทานไฟฟ้าในเซลล์ไฟฟ้าเคมี ซึ่งเป็นภาชนะแก้ว (แก้ว) ที่มีอิเล็กโทรดสองขั้วบัดกรีเข้าไป ซึ่งสารละลายอิเล็กโทรไลต์ทดสอบคือ ตั้งอยู่. กระแสสลับไหลผ่านเซลล์ อิเล็กโทรดส่วนใหญ่มักจะทำจากโลหะแพลตตินั่ม ซึ่งเคลือบด้วยชั้นของแพลตตินัมเป็นรูพรุนโดยการสะสมทางไฟฟ้าเคมีจากสารละลายของสารประกอบแพลตตินั่มเพื่อเพิ่มพื้นผิวของอิเล็กโทรด (อิเล็กโทรดแพลตตินั่มแพลตตินั่ม)

เพื่อหลีกเลี่ยงความยุ่งยากที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสและโพลาไรเซชัน การวัดค่าการนำไฟฟ้าจะดำเนินการในสนามไฟฟ้าสลับกัน ความต้านทานไฟฟ้า R ของชั้นสารละลายอิเล็กโทรไลต์ระหว่างอิเล็กโทรด เช่นเดียวกับความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำประเภทแรก เป็นสัดส่วนโดยตรงกับความยาว (ความหนา) l ของชั้นนี้ และเป็นสัดส่วนผกผันกับพื้นที่ S ของอิเล็กโทรด พื้นผิว:

R= ρ lS lkS

โดยที่สัมประสิทธิ์ของสัดส่วน p เรียกว่าค่าความต้านทานไฟฟ้าและค่าส่วนกลับ k \u003d 1 / p คือค่าการนำไฟฟ้า (ค่าการนำไฟฟ้า) เนื่องจากความต้านทานไฟฟ้า R มีหน่วยวัดเป็นโอห์ม และความหนา l ของชั้นสารละลายอิเล็กโทรไลต์มีหน่วยเซนติเมตร พื้นที่ S ของพื้นผิวอิเล็กโทรดจะมีหน่วยเป็น cm2 จากนั้นจึงวัดค่าการนำไฟฟ้า k เป็นหน่วยของโอห์ม-1 cm-1 หรือเนื่องจาก Ohm-1 คือ Siemens (Cm) ดังนั้น - ในหน่วยของ Cm ซม.-1

ในแง่กายภาพ ค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะ คือ ค่าการนำไฟฟ้าของชั้นอิเล็กโทรไลต์ที่อยู่ระหว่างด้านข้างของลูกบาศก์ที่มีความยาวด้าน 1 ซม. ซึ่งมีค่าเท่ากับกระแสที่ไหลผ่านชั้นสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่มีพื้นที่หน้าตัดเท่ากับ 1 ซม.2 ที่เกรเดียนท์ศักย์ไฟฟ้าที่ใช้ 1 V/ซม.

ค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะขึ้นอยู่กับลักษณะของอิเล็กโทรไลต์และตัวทำละลาย ความเข้มข้นของสารละลาย และอุณหภูมิ

เมื่อความเข้มข้นของสารละลายอิเล็กโทรไลต์เพิ่มขึ้น ค่าการนำไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นก่อน จากนั้นจึงผ่านค่าสูงสุด หลังจากนั้นจะลดลง ลักษณะของการเปลี่ยนแปลงการนำไฟฟ้านี้เกิดจากสาเหตุดังต่อไปนี้ ในขั้นต้น ด้วยความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์ที่เพิ่มขึ้น จำนวนไอออน - อนุภาคที่มีกระแสไฟฟ้า - เพิ่มขึ้นสำหรับอิเล็กโทรไลต์ที่แรงและอ่อนแอ ดังนั้นค่าการนำไฟฟ้าของสารละลาย (กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน) จะเพิ่มขึ้น จากนั้น เมื่อความเข้มข้นของสารละลายเพิ่มขึ้น ความหนืดของสารละลายจะเพิ่มขึ้น (ลดความเร็วของการเคลื่อนที่ของไอออน) และปฏิกิริยาทางไฟฟ้าสถิตระหว่างไอออน ซึ่งป้องกันการเพิ่มขึ้นของกระแสไฟฟ้าและที่ความเข้มข้นสูงเพียงพอจะทำให้เกิดการลดลง

ในการแก้ปัญหาของอิเล็กโทรไลต์อ่อน ด้วยความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้น ระดับการแยกตัวของโมเลกุลอิเล็กโทรไลต์ลดลง ซึ่งทำให้จำนวนไอออน - อนุภาคนำไฟฟ้าลดลง - และการนำไฟฟ้าลดลง ในสารละลายของอิเล็กโทรไลต์เข้มข้นที่ความเข้มข้นสูง อาจเกิดการรวมตัวของไอออน (อิออนทวิน ทีออฟ ฯลฯ) ซึ่งทำให้ค่าการนำไฟฟ้าลดลงเช่นกัน

ค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะของสารละลายอิเล็กโทรไลต์จะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากความหนืดของสารละลายลดลง ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มความเร็วของการเคลื่อนที่ของไอออน และสำหรับอิเล็กโทรไลต์ที่อ่อน ทำให้ระดับไอออไนซ์เพิ่มขึ้น (แตกตัวเป็นไอออน). ดังนั้น การวัดค่า conductometric เชิงปริมาณจะต้องดำเนินการที่อุณหภูมิคงที่ เทอร์โมสตัทของเซลล์ conductometric

นอกจากค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะแล้ว conductometry ยังใช้ค่าการนำไฟฟ้าที่เทียบเท่า X และค่าการนำไฟฟ้าเชิงกราม p ในแง่กายภาพ ค่าการนำไฟฟ้าที่เทียบเท่า X คือค่าการนำไฟฟ้าของชั้นของสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่มีความหนา 1 ซม. ซึ่งอยู่ระหว่างอิเล็กโทรดที่เหมือนกันกับบริเวณที่ปริมาตรของสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่ล้อมรอบระหว่างนั้นประกอบด้วย 1 g-eq ของตัวถูกละลาย . ในกรณีนี้ มวลโมลาร์ของอนุภาคที่เหมือนกันซึ่งมีหมายเลขประจุเป็นหน่วย (“ประจุ”) จะถูกนำมาเป็นมวลโมลาร์ที่เท่ากัน ตัวอย่างเช่น

H+, Br - , 12Са2+, 13Fe3+ เป็นต้น

ค่าการนำไฟฟ้าที่เท่ากันจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่ลดลง ถึงค่าสูงสุดของการนำไฟฟ้าที่เทียบเท่ากันที่การเจือจางแบบอนันต์ของสารละลาย ค่าการนำไฟฟ้าที่เท่าเทียมกัน เช่น ค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะ จะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ค่าการนำไฟฟ้าที่เทียบเท่า X สัมพันธ์กับค่าการนำไฟฟ้าต่อความสัมพันธ์ (20):

λ= 1,000 kc

ในการวัดค่าการนำไฟฟ้าโดยตรง ความเข้มข้นของสารในสารละลายที่วิเคราะห์จะพิจารณาจากผลการวัดค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะของสารละลายนี้ เมื่อประมวลผลข้อมูลการวัด จะใช้สองวิธี: วิธีการคำนวณและวิธีโค้งสอบเทียบ

วิธีการคำนวณ ตามสมการ (10.20) ความเข้มข้นของโมลาร์ของอิเล็กโทรไลต์เทียบเท่า c ในสารละลายสามารถคำนวณได้หากทราบค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะ k และค่าการนำไฟฟ้าที่เท่ากัน

: c = 1,000 kλ

ค่าการนำไฟฟ้าถูกกำหนดโดยการทดลองบนพื้นฐานของการวัดความต้านทานไฟฟ้าของเซลล์ตัวนำไฟฟ้าที่ควบคุมอุณหภูมิ

ค่าการนำไฟฟ้าเทียบเท่าของสารละลาย λ เท่ากับผลรวมของการเคลื่อนที่ของไอออนบวก λ+ และแอนไอออน X λ -:

λ = λ + + λ-

หากทราบการเคลื่อนที่ของไอออนบวกและประจุลบ ความเข้มข้นสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร (24):

c = 1,000 kλ ​​​​+ + λ-

สิ่งนี้ทำได้เมื่อกำหนดความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์ที่ละลายได้เพียงเล็กน้อยในสารละลายอิ่มตัว (แคลเซียมซัลเฟต แบเรียมซัลเฟต ซิลเวอร์เฮไลด์ ฯลฯ) โดยการนำไฟฟ้าโดยตรง วิธีการปรับเทียบเส้นโค้ง มีการเตรียมสารละลายมาตรฐานหลายชุด ซึ่งแต่ละชุดมีความเข้มข้นของสารที่วิเคราะห์ที่ทราบได้อย่างแม่นยำ และค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายจะถูกวัดที่อุณหภูมิคงที่ในเซลล์นำไฟฟ้าที่ควบคุมด้วยอุณหภูมิ จากข้อมูลที่ได้รับ กราฟการสอบเทียบจะถูกสร้างขึ้น วางแผนความเข้มข้นของสารละลายอ้างอิงตามแกน abscissa และค่าการนำไฟฟ้าตามแกนพิกัด ตามสมการ (24) กราฟที่สร้างขึ้นในช่วงความเข้มข้นที่ค่อนข้างเล็กมักจะเป็นเส้นตรง

ในความเข้มข้นที่หลากหลาย เมื่อการเคลื่อนที่ของไอออนบวกและประจุลบที่รวมอยู่ในสมการ (24) สามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างเห็นได้ชัด จะสังเกตเห็นความเบี่ยงเบนจากการพึ่งพาเชิงเส้น

จากนั้น ภายใต้สภาวะเดียวกันอย่างเคร่งครัด ค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะ k(X) ของอิเล็กโทรไลต์ที่กำหนดจะถูกวัดในสารละลายที่วิเคราะห์ด้วยความเข้มข้นที่ไม่ทราบค่า c(X) และหาค่า c(X) ที่ต้องการจากกราฟ

ตัวอย่างเช่น ตรวจสอบเนื้อหาของแบเรียมในน้ำแบไรท์ ซึ่งเป็นสารละลายอิ่มตัวของแบเรียมไฮดรอกไซด์

การประยุกต์ใช้การวัดค่าการนำไฟฟ้าโดยตรง วิธีการวัดค่าการนำไฟฟ้าโดยตรงมีลักษณะที่เรียบง่ายและมีความไวสูง อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้ไม่ได้คัดเลือก

การวัดค่าการนำไฟฟ้าโดยตรงมีข้อจำกัดในการวิเคราะห์ ใช้เพื่อกำหนดความสามารถในการละลายของอิเล็กโทรไลต์ที่ละลายได้เพียงเล็กน้อย เพื่อควบคุมคุณภาพของน้ำกลั่นและผลิตภัณฑ์อาหารเหลว (นม เครื่องดื่ม ฯลฯ) เพื่อกำหนดปริมาณเกลือทั้งหมดในแร่ธาตุ ทะเล น้ำในแม่น้ำ และอื่นๆ กรณี

3 การไทเทรตแบบวัดความนำไฟฟ้า

ในการไทเทรตแบบ conductometric ความคืบหน้าของการไทเทรตจะถูกตรวจสอบโดยการเปลี่ยนแปลงค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายที่วิเคราะห์ซึ่งอยู่ในเซลล์ conductometric ระหว่างอิเล็กโทรดเฉื่อยสองขั้ว จากข้อมูลที่ได้รับ จะมีการวาดเส้นกราฟการไทเทรตแบบสื่อกระแสไฟฟ้า ซึ่งสะท้อนการพึ่งพาการนำไฟฟ้าของสารละลายไทเทรตกับปริมาตรของไทแทรนต์ที่เพิ่มเข้ามา จุดสิ้นสุดของการไทเทรตมักพบโดยการคาดการณ์ส่วนของเส้นโค้งการไทเทรตในบริเวณที่ความชันเปลี่ยนแปลง ซึ่งไม่จำเป็นต้องใช้ตัวบ่งชี้ที่เปลี่ยนสีใกล้กับ TE

ในการไทเทรตแบบ conductometric จะใช้ปฏิกิริยาประเภทต่างๆ: กรด-เบส รีดอกซ์ การตกตะกอน กระบวนการก่อตัวที่ซับซ้อน การประยุกต์ใช้การไทเทรตแบบ conductometric วิธีการไทเทรตแบบ conductometric มีข้อดีหลายประการ การไทเทรตสามารถทำได้ในสื่อที่ขุ่น มีสี และทึบแสง ความไวของวิธีการค่อนข้างสูง - สูงถึง ~10~* mol/l; ข้อผิดพลาดในการกำหนดคือ 0.1 ถึง 2% การวิเคราะห์สามารถทำได้โดยอัตโนมัติ ข้อเสียของวิธีการรวมถึงการเลือกต่ำ แนวคิดของการไทเทรตนำไฟฟ้าความถี่สูง (ความถี่วิทยุ) ความคืบหน้าของการไทเทรตตามมาด้วยเทคนิคการวัดค่าการนำไฟฟ้ากระแสสลับที่ดัดแปลง ซึ่งความถี่ของกระแสสลับสามารถไปถึงลำดับของการสั่นเป็นล้านต่อวินาที โดยปกติ อิเล็กโทรดจะถูกวาง (ซ้อนทับ) ที่ด้านนอกของถังไทเทรต (เซลล์การนำไฟฟ้า) เพื่อไม่ให้สัมผัสกับสารละลายที่จะไทเทรต

ตามผลการวัด กราฟการไทเทรตแบบ conductometric จะถูกพล็อต พบจุดสิ้นสุดของการไทเทรตโดยการประมาณค่าส่วนของเส้นโค้งการไทเทรตในบริเวณที่ความชันเปลี่ยนแปลง

บทที่ 4 การวิเคราะห์การนำไฟฟ้า (CONDUCTOMETRY)

4.1 สาระสำคัญของวิธีการ

การวิเคราะห์เชิงโพลาโรกราฟี (โพลาโรกราฟี) ขึ้นอยู่กับการใช้ความสัมพันธ์ต่อไปนี้ระหว่างพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าของเซลล์ไฟฟ้าเคมี (ในกรณีนี้คือ โพลาโรกราฟี) ซึ่งใช้ศักย์ภายนอก และคุณสมบัติของสารละลายที่วิเคราะห์ที่บรรจุอยู่ในนั้น

ก) การวิเคราะห์เชิงคุณภาพเชิงคุณภาพใช้ความสัมพันธ์ระหว่างค่าศักย์ไฟฟ้าภายนอกที่ใช้กับไมโครอิเล็กโทรด ซึ่งสังเกตการลดลง (หรือออกซิเดชัน) ของตัววิเคราะห์บนไมโครอิเล็กโทรดภายใต้สภาวะที่กำหนด และลักษณะของการลด (หรือการออกซิไดซ์) สาร.

ข) ในการวิเคราะห์เชิงปริมาณเชิงปริมาณ ใช้ความสัมพันธ์ระหว่างขนาดของกระแสการแพร่และความเข้มข้นของสารที่วิเคราะห์ (รีดิวซ์หรือออกซิไดซ์) ในสารละลายที่วิเคราะห์ พารามิเตอร์ทางไฟฟ้า - ขนาดของศักย์ไฟฟ้าที่ใช้และขนาดของกระแสกระจาย - ถูกกำหนดโดยการวิเคราะห์โพลาไรซ์ที่ได้รับหรือเส้นโค้งแรงดันกระแสซึ่งสะท้อนให้เห็นการพึ่งพากระแสไฟฟ้าในเซลล์โพลาโรกราฟิกตามขนาดของ ศักยภาพของไมโครอิเล็กโทรดที่ใช้ ดังนั้นบางครั้งโพลาโรกราฟีจึงเรียกว่าการวัดโวลต์แทมเมทรีโดยตรง

วิธีการวิเคราะห์แบบโพลาโรกราฟิกแบบคลาสสิกโดยใช้อิเล็กโทรดหยดปรอท (หยด) ของปรอทได้รับการพัฒนาและเสนอในปี 2465 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเช็ก Jaroslav Hejrovsky (1890-1967) แม้ว่าอิเล็กโทรดหยดปรอทเองก็ถูกใช้โดยนักฟิสิกส์เช็ก B. Kucera พ.ศ. 2446 ในปี พ.ศ. 2468 J. Geyrovsky และ M. Shikata ได้ออกแบบโพลาโรกราฟเป็นครั้งแรก ซึ่งทำให้สามารถบันทึกเส้นโค้งโพลาไรซ์ได้โดยอัตโนมัติ ต่อจากนั้น ได้มีการพัฒนาการปรับเปลี่ยนวิธีการโพลาโรกราฟิกต่างๆ

ค่าของ iD ปัจจุบันการแพร่กระจายเฉลี่ยถูกกำหนดโดยสมการ Ilkovich (25):

โดยที่ K คือสัมประสิทธิ์ของสัดส่วน c คือความเข้มข้น (mmol/l) ของสาร depolarizer ที่ใช้งานเชิงขั้ว iD วัดเป็นไมโครแอมป์ตามความแตกต่างระหว่างกระแสจำกัดและกระแสตกค้าง

สัมประสิทธิ์สัดส่วน K ในสมการอิลโควิชขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์จำนวนหนึ่งและเท่ากับ

K=607nD12m23τ16

โดยที่ n คือจำนวนอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาอิเล็กโทรดรีดอกซ์ D คือสัมประสิทธิ์การแพร่ของสารรีดิวซ์ (cm2/s); m คือมวลของปรอทที่ไหลออกจากเส้นเลือดฝอยต่อวินาที (มก.) t คือเวลาของการก่อตัว (เป็นวินาที) ของหยดปรอทที่ศักย์ครึ่งคลื่น (ปกติคือ 3-5 วินาที)

เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ D ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ค่าสัมประสิทธิ์ของสัดส่วน K ในสมการอิลโควิชก็เปลี่ยนตามอุณหภูมิด้วย สำหรับสารละลายในน้ำในช่วงอุณหภูมิ 20–50 °C ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ของสารออกฤทธิ์เชิงขั้ว-ดีโพลาไรเซอร์จะเพิ่มขึ้นประมาณ 3% เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นหนึ่งองศา ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของ iD ปัจจุบันการแพร่กระจายเฉลี่ย ~1 –2%. ดังนั้น โพลาโรกราฟีจะดำเนินการที่อุณหภูมิคงที่ เทอร์โมสตัทของเซลล์โพลาโรกราฟิก โดยปกติที่ 25 ± 0.5 °C

มวลของปรอท t และเวลาการหยด t ขึ้นอยู่กับลักษณะของอิเล็กโทรดการหยดของปรอทและความสูงของคอลัมน์ปรอทในเส้นเลือดฝอยและในแหล่งกักเก็บที่เกี่ยวข้องกับเส้นเลือดฝอย เส้นเลือดฝอยแก้วของไมโครอิเล็กโทรดแบบหยดปรอทมักจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 3-7 มม. เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 0.03 ถึง 0.05 มม. และความยาว 6-15 ซม. ความสูงของคอลัมน์ปรอทจากปลายล่างของเส้นเลือดฝอย ถึงระดับบนของพื้นผิวปรอทในถังคือ 40-80 ซม. เนื้อหาของอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่แยแสในสารละลายโพลาโรกราฟีที่วิเคราะห์ควรสูงกว่าเนื้อหาของสารที่ทำให้เกิดขั้วไฟฟ้าประมาณ 100 เท่า และไม่ควรปล่อยอิออนของอิเล็กโทรไลต์พื้นหลังภายใต้เงื่อนไขของโพลาโรกราฟีจนกว่าจะมีการปล่อยโพลาโรกราฟี สารออกฤทธิ์

โพลาโรกราฟีดำเนินการโดยใช้น้ำเป็นตัวทำละลาย ส่วนผสมที่เป็นน้ำและอินทรีย์ (น้ำ - เอทานอล น้ำ - อะซิโตน น้ำ - ไดเมทิลฟอร์มาไมด์ ฯลฯ) และสื่อที่ไม่ใช่น้ำ (เอธานอล อะซีโตน ไดเมทิลฟอร์มาไมด์ ไดเมทิล ซัลฟอกไซด์ ฯลฯ)

ก่อนการทำโพลาโรกราฟี กระแสก๊าซเฉื่อย (ไนโตรเจน อาร์กอน ฯลฯ) จะถูกส่งผ่านสารละลายที่วิเคราะห์แล้วเพื่อขจัดออกซิเจนที่ละลายในน้ำ ซึ่งยังให้คลื่นโพลาโรกราฟิกเนื่องจากการลดลงตามแบบแผน:

2H+ + 2e = H202

H202 + 2H+ + 2e = 2H20

บางครั้ง ในกรณีของสารละลายอัลคาไลน์ แทนที่จะส่งกระแสก๊าซเฉื่อย โซเดียมซัลไฟต์และเมทอลจำนวนเล็กน้อยจะถูกเติมลงในสารละลายที่วิเคราะห์ ซึ่งจับออกซิเจนที่ละลายในน้ำโดยทำปฏิกิริยากับมัน

4.2 การวิเคราะห์เชิงปริมาณเชิงปริมาณ

จากที่กล่าวข้างต้นว่าการวิเคราะห์เชิงปริมาณเชิงปริมาณขึ้นอยู่กับการวัด iD กระแสการแพร่เป็นหน้าที่ของความเข้มข้นของสารขั้วขั้วที่แอคทีฟเชิงขั้วที่จะกำหนดในสารละลายโพลาโรกราฟิก

เมื่อวิเคราะห์โพลาโรแกรมที่ได้รับ ความเข้มข้นของสารที่วิเคราะห์จะพบได้โดยวิธีกราฟเทียบมาตรฐาน การเพิ่มมาตรฐาน สารละลายมาตรฐาน

ก) วิธีโค้งสอบเทียบมักใช้บ่อยที่สุด วิธีนี้เตรียมชุดของสารละลายมาตรฐาน ซึ่งแต่ละชุดประกอบด้วยความเข้มข้นของสารที่วิเคราะห์ที่ทราบได้อย่างแม่นยำ

โพลาโรกราฟีของแต่ละสารละลายจะดำเนินการ (หลังจากกระแสก๊าซเฉื่อยถูกพัดผ่าน) ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน จะได้รับโพลาโรแกรมและค่าของ E12 (เหมือนกันสำหรับโซลูชันทั้งหมด) และ iD กระแสแพร่ (ต่างกันสำหรับโซลูชันทั้งหมด) ) จะพบ จากข้อมูลที่ได้รับ กราฟการปรับเทียบจะถูกสร้างขึ้นในพิกัด iD-c ซึ่งมักจะเป็นเส้นตรงตามสมการของ Ilkovich

จากนั้นจึงทำการโพลาโรกราฟีของสารละลายที่วิเคราะห์ด้วยความเข้มข้นที่ไม่ทราบค่า c(X) ของสารที่วิเคราะห์ ได้โพลาโรแกรม ค่าของกระแสการแพร่ iD (X) ถูกวัด และพบความเข้มข้น c(X) จาก เส้นโค้งการสอบเทียบ

b) วิธีการเติมมาตรฐาน โพลาโรแกรมของสารละลายที่วิเคราะห์ได้มาจากความเข้มข้นที่ไม่ทราบค่า c(X) ของสารที่วิเคราะห์ และพบขนาดของกระแสการแพร่ กล่าวคือ ความสูง h ของโพลาโรแกรม จากนั้น เติมปริมาณของสารที่วิเคราะห์ที่ทราบอย่างแม่นยำลงในสารละลายที่วิเคราะห์ ซึ่งจะทำให้ความเข้มข้นเพิ่มขึ้นโดย

ค่าของ c(st) โพลาโรกราฟีจะดำเนินการอีกครั้งและพบค่าใหม่ของกระแสการแพร่ - ความสูงของโพลาโรแกรม h + △ ชม.

ตามสมการ Ilkovich (25) เราสามารถเขียน:

ชั่วโมง = Kc(X), △ ชั่วโมง = Kc(st),

ที่ไหน

ชม. △ h = c(X)c(st) และ c(X) = h △ hc(st)

c) วิธีการแก้ปัญหามาตรฐาน การทำโพลาโรกราฟีของสารละลายสองชนิดดำเนินการภายใต้สภาวะเดียวกัน: สารละลายที่วิเคราะห์ด้วยความเข้มข้นที่ไม่ทราบค่า c(X) และสารละลายมาตรฐานที่มีความเข้มข้นที่ทราบได้อย่างแม่นยำ c(st) ของสารที่วิเคราะห์ บนโพลาโรแกรมที่ได้รับ จะพบความสูงของคลื่นโพลาโรกราฟิก h(X) และ h(st) ซึ่งสอดคล้องกับกระแสการแพร่ที่ความเข้มข้น c(X) และ c(st) ตามลำดับ ตามสมการอิลโควิช (25) เรามี:

(X) = Kc(X), h(st) = Kc(st),

สารละลายมาตรฐานจัดทำขึ้นเพื่อให้ความเข้มข้นใกล้เคียงกับความเข้มข้นของสารละลายที่จะกำหนดมากที่สุด ภายใต้เงื่อนไขนี้ ข้อผิดพลาดในการกำหนดจะลดลง

3 การประยุกต์ใช้โพลาโรกราฟี

การประยุกต์ใช้วิธีการ โพลาโรกราฟีใช้เพื่อกำหนดปริมาณสารอนินทรีย์และอินทรีย์ในปริมาณเล็กน้อย มีการพัฒนาเทคนิคหลายพันรายการสำหรับการวิเคราะห์เชิงปริมาณ วิธีการหาค่าโพลาโรกราฟิกของโลหะไอออนเกือบทั้งหมด แอนไอออนจำนวนหนึ่ง (โบรเมต ไอโอเดต ไนเตรต เปอร์แมงกาเนตไอออน) สารประกอบอินทรีย์ประเภทต่างๆ ที่ประกอบด้วยหมู่ไดอาโซ คาร์บอนิล เปอร์ออกไซด์ กลุ่มอีพ็อกซี่ พันธะคาร์บอน-คาร์บอนคู่เช่นกัน เป็นพันธะคาร์บอน-ฮาโลเจน, ไนโตรเจน-ออกซิเจน, กำมะถัน-กำมะถัน

วิธีการนี้เป็นเภสัชตำรับที่ใช้ในการกำหนดกรดซาลิไซลิก นอร์ซัลฟาโซล วิตามิน B อัลคาลอยด์ กรดโฟลิก เคลลินในผงและยาเม็ด นิโคตินาไมด์ ไพริดอกซิน ไฮโดรคลอไรด์ การเตรียมสารหนู ไกลโคไซด์หัวใจ เช่นเดียวกับออกซิเจนและสารเจือปนต่างๆ ในการเตรียมยา

วิธีการนี้มีความไวสูง (สูงถึง 10"5-10T6 โมล/ลิตร) หัวกะทิ ความสามารถในการทำซ้ำได้ค่อนข้างดีของผลลัพธ์ (มากถึง ~2%) การใช้งานที่หลากหลาย ช่วยให้วิเคราะห์ส่วนผสมของสารได้โดยไม่ต้องแยกสาร สารละลายสี สารละลายปริมาณน้อย (เซลล์โพลาโรกราฟีอาจมีขนาดเล็กถึง 1 มล.) ทำการวิเคราะห์ในการไหลของสารละลาย ทำการวิเคราะห์โดยอัตโนมัติ"

ข้อเสียของวิธีการ ได้แก่ ความเป็นพิษของปรอท ความสามารถในการออกซิไดซ์ค่อนข้างง่ายเมื่อมีสารออกซิไดซ์ และความซับซ้อนสัมพัทธ์ของอุปกรณ์ที่ใช้

รูปแบบอื่นๆ ของวิธีการโพลาโรกราฟิก นอกเหนือจากโพลาโรกราฟีแบบคลาสสิกที่อธิบายข้างต้น ซึ่งใช้ไมโครอิเล็กโทรดปรอทแบบหยดที่มีศักย์ไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างสม่ำเสมอที่กระแสไฟฟ้าคงที่ วิธีโพลาโรกราฟีรุ่นอื่นๆ ได้รับการพัฒนาขึ้น - อนุพันธ์ ดิฟเฟอเรนเชียล พัลส์ โพลาโรกราฟีแบบออสซิลโลกราฟิก โพลาโรกราฟีกระแสสลับ - ในเวอร์ชันต่างๆ ด้วย

บทที่ 5 การไทเทรตแอมเพอโรเมตริก

สาระสำคัญของวิธีการ การไทเทรตแบบแอมเพอโรเมตริก (การไทเทรตโพลาไรซ์แบบโพเทนชิโอสแตติก) เป็นวิธีโวลแทมเมทริกชนิดหนึ่ง (ร่วมกับโพลาไรซ์) โดยอิงจากการวัดปริมาณกระแสระหว่างอิเล็กโทรดของเซลล์ไฟฟ้าเคมี ซึ่งใช้แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด โดยเป็นฟังก์ชันของปริมาตรของไทแทรนต์ที่เติม ตามสมการ Ilkovich (25):

iD กระแสแพร่ในเซลล์โพลาโรกราฟิกยิ่งมาก ความเข้มข้น c ของสารออกฤทธิ์เชิงโพลาโรกราฟีก็จะสูงขึ้น หากเมื่อเติมไทแทรนต์ลงในสารละลายไทเทรตที่วิเคราะห์ซึ่งอยู่ในเซลล์โพลาโรกราฟิก ความเข้มข้นของสารดังกล่าวลดลงหรือเพิ่มขึ้น กระแสการแพร่จะลดลงหรือเพิ่มขึ้นตามไปด้วย จุดสมมูลถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนแปลงที่ชัดเจนในการลดลงหรือเพิ่มขึ้นในกระแสการแพร่ ซึ่งสอดคล้องกับการสิ้นสุดของปฏิกิริยาของสารไทเทรตกับไทแทรนต์

ความแตกต่างเกิดขึ้นระหว่างการไทเทรตแบบแอมเพอโรเมตริกกับอิเล็กโทรดแบบโพลาไรซ์หนึ่งอัน หรือที่เรียกว่าการไทเทรตขีดจำกัดกระแส การไทเทรตแบบโพลาโรกราฟิกหรือโพลาริเมตริก และการไทเทรตแบบแอมเพอโรเมตริกด้วยอิเล็กโทรดแบบโพลาไรซ์ที่เหมือนกันสองอัน หรือการไทเทรต "จนกว่ากระแสไฟจะหยุดสนิท" การไทเทรตแบบไบแอมเพอโรเมตริก

การไทเทรตแบบแอมเพอโรเมตริกด้วยอิเล็กโทรดแบบโพลาไรซ์หนึ่งอัน อิงตามการวัดกระแสในเซลล์โพลาโรกราฟิกตามฟังก์ชันของปริมาณของไทแทรนต์ที่เติมที่ศักย์ไฟฟ้าภายนอกคงที่บนไมโครอิเล็กโทรด ซึ่งสูงกว่าศักย์คลื่นครึ่งคลื่นเล็กน้อยบนกราฟแรงดันกระแสไฟของสารไทเทรต X หรือไทแทรนต์ ต. โดยปกติ ศักย์ภายนอกที่เลือกจะสอดคล้องกับขอบเขตของกระแสจำกัดบนโพลาโรแกรม X หรือ T การไทเทรตจะดำเนินการในการติดตั้งที่ประกอบด้วยแหล่งกำเนิดกระแสตรงที่มีแรงดันไฟฟ้าที่ปรับได้ ซึ่งกัลวาโนมิเตอร์และเซลล์โพลาโรกราฟิกสำหรับการไทเทรต เชื่อมต่อกันเป็นชุด อิเล็กโทรดที่ใช้งานได้ (ตัวบ่งชี้) ของเซลล์สามารถเป็นอิเล็กโทรดปรอทแบบหยด, อิเล็กโทรดแพลตตินัมหรือกราไฟต์แบบคงที่หรือหมุนได้ เมื่อใช้อิเล็กโทรดแบบแข็ง จำเป็นต้องกวนสารละลายในระหว่างการไทเทรต อิเล็กโทรดที่ใช้คลอรีน-เงินหรือคาโลเมลถูกใช้เป็นอิเล็กโทรดอ้างอิง พื้นหลังขึ้นอยู่กับเงื่อนไข อิเล็กโทรไลต์ที่ไม่ใช้งานเชิงโพลาโรกราฟิกต่างๆ ที่มีศักยภาพที่กำหนด (HN03, H2S04, NH4NO3 เป็นต้น)

ขั้นแรก กราฟแรงดันกระแส (โพลาโรแกรม) จะได้รับสำหรับ X และ T ภายใต้สภาวะเดียวกันกับที่ควรดำเนินการไทเทรตแบบแอมเพอโรเมตริก โดยพิจารณาจากเส้นโค้งเหล่านี้ ค่าศักย์ไฟฟ้าจะถูกเลือกซึ่งถึงกระแสจำกัดของ X หรือ T ที่แอคทีฟเชิงขั้ว ค่าที่เป็นไปได้ที่เลือกจะคงค่าคงที่ตลอดกระบวนการไทเทรตทั้งหมด

ความเข้มข้นของไทแทรนต์ T ที่ใช้สำหรับการไทเทรตแบบแอมเพอโรเมตริกควรอยู่ที่ประมาณ 10 เท่าของความเข้มข้น X; ในกรณีนี้ แทบไม่มีความจำเป็นต้องแก้ไขการเจือจางของสารละลายในระหว่างการไทเทรต มิฉะนั้นจะปฏิบัติตามเงื่อนไขทั้งหมดที่จำเป็นในการรับโพลาโรแกรม ข้อกำหนดสำหรับการควบคุมอุณหภูมิมีความเข้มงวดน้อยกว่าการทำโพลาโรกราฟีแบบตรง เนื่องจากจุดสิ้นสุดของการไทเทรตไม่ได้ถูกกำหนดโดยค่าสัมบูรณ์ของกระแสการแพร่ แต่โดยการเปลี่ยนแปลงค่าอย่างรวดเร็ว

สารละลายที่วิเคราะห์ซึ่งมี X ถูกใส่เข้าไปในเซลล์โพลาโรกราฟิก และไทแทรนต์ T จะถูกเติมในส่วนเล็กๆ ทุกครั้งที่วัดค่า i ในปัจจุบัน ค่าของกระแส i ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารออกฤทธิ์เชิงขั้ว ที่จุดสมมูล ค่าของ i เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว

ตามผลลัพธ์ของการไทเทรตแบบแอมเพอโรเมตริก กราฟการไทเทรตจะถูกสร้างขึ้น เส้นโค้งการไทเทรตแบบแอมเพอโรเมตริกคือการแสดงภาพกราฟิกของการเปลี่ยนแปลงขนาดของกระแส / เป็นฟังก์ชันของปริมาตร V ของไทแทรนต์ที่เพิ่มเข้ามา กราฟการไทเทรตถูกสร้างขึ้นในพิกัดปัจจุบัน i - ปริมาตร V ของไทแทรนต์ T ที่เพิ่มเข้ามา (หรือระดับของการไทเทรต)

กราฟการไทเทรตแบบแอมเพอโรเมตริกสามารถมีได้หลายประเภท ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับธรรมชาติของสาร X ที่กำลังไทเทรตและไทแทรนต์ T

การไทเทรตแบบไบแอมเปอโรเมตริกจะดำเนินการด้วยการกวนสารละลายอย่างแรงในการติดตั้งที่ประกอบด้วยแหล่งกระแสตรงที่มีโพเทนชิออมิเตอร์ ซึ่งความต่างศักย์ที่ปรับได้ (0.05-0.25 V) จะถูกป้อนผ่านไมโครแอมมิเตอร์ที่มีความละเอียดอ่อนไปยังอิเล็กโทรดของเซลล์ไฟฟ้าเคมี ก่อนการไทเทรต สารละลายไทเทรตจะถูกนำมาใช้ในส่วนหลัง และไทแทรนต์จะถูกเพิ่มเป็นส่วนๆ จนกว่ากระแสไฟจะหยุดกะทันหันหรือปรากฏขึ้น โดยพิจารณาจากการอ่านไมโครแอมมิเตอร์

อิเล็กโทรดแพลตตินั่มที่ใช้ในเซลล์ไฟฟ้าเคมีจะทำความสะอาดเป็นระยะโดยการจุ่มอิเล็กโทรดลงในกรดไนตริกเข้มข้นที่เดือดซึ่งมีสารเฟอริกคลอไรด์ประมาณ 30 นาที ตามด้วยการล้างอิเล็กโทรดด้วยน้ำ

การไทเทรตแบบไบแอมเปอโรเมตริก - วิธีการทางเภสัชวิทยา ใช้ในไอโอโดเมตรี, ไนไตรโตเมตรี, aquametry, การไทเทรตในตัวกลางที่ไม่ใช่น้ำ

บทที่ 6 การวิเคราะห์คูลอมเมตริก (คูลอมเมตริก)

1 หลักการของวิธีการ

การไทเทรตคูลอมเมตรีการนำไฟฟ้าเคมี

การวิเคราะห์คูลอมเมตริก (คูลอมเมตริก) ขึ้นอยู่กับการใช้ความสัมพันธ์ระหว่างมวล m ของสารที่ทำปฏิกิริยาระหว่างอิเล็กโทรลิซิสในเซลล์ไฟฟ้าเคมีกับปริมาณไฟฟ้า Q ที่ผ่านเซลล์ไฟฟ้าเคมีระหว่างอิเล็กโทรลิซิสของสารนี้เท่านั้น ตามกฎการรวมอิเล็กโทรไลซิส M ฟาราเดย์ มวล m (เป็นกรัม) สัมพันธ์กับปริมาณไฟฟ้า Q (ในคูลอมบ์) โดยความสัมพันธ์ (27)

โดยที่ M คือมวลโมลาร์ของสารที่ทำปฏิกิริยาระหว่างอิเล็กโทรลิซิส g/mol; n คือจำนวนอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาอิเล็กโทรด

96487 C/mol - หมายเลขฟาราเดย์

ปริมาณไฟฟ้า Q (ใน C) ที่ผ่านเซลล์ไฟฟ้าเคมีระหว่างอิเล็กโทรลิซิสเท่ากับผลคูณของกระแสไฟฟ้า i (ใน A) และเวลาของอิเล็กโทรไลซิส τ ( ในค):

หากวัดปริมาณไฟฟ้า Q แล้วตาม (27) จะสามารถคำนวณมวล m ได้ กรณีนี้เป็นจริงในกรณีที่ปริมาณไฟฟ้า Q ทั้งหมดที่ผ่านเซลล์ไฟฟ้าเคมีระหว่างอิเล็กโทรไลซิสถูกใช้ไปบน อิเล็กโทรไลซิสของสารนี้ กระบวนการด้านข้างควรได้รับการยกเว้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง ผลลัพธ์ปัจจุบัน (ประสิทธิภาพ) ควรเป็น 100%

เนื่องจากตามกฎการรวมอิเล็กโทรไลซิสโดย M. Faraday เพื่อกำหนดมวล m (g) ของสารที่ทำปฏิกิริยาระหว่างอิเล็กโทรไลซิส จำเป็นต้องวัดปริมาณไฟฟ้า Q ที่ใช้กับการเปลี่ยนแปลงทางเคมีไฟฟ้าของสาร ถูกกำหนด ในคูลอมบ์ วิธีการนี้เรียกว่าคูลอมเมทรี งานหลักของการวัดแบบคูลอมเมตริกคือการกำหนดปริมาณไฟฟ้า Q ให้แม่นยำที่สุด

การวิเคราะห์คูลอมเมตริกดำเนินการในโหมดแอมเพอโรสแตติก (กัลวาโนสแตติก) เช่น ที่กระแสไฟฟ้าคงที่ i=const หรือที่ค่าศักย์ไฟฟ้าคงที่ที่ควบคุมได้ของอิเล็กโทรดทำงาน (โพเทนชิโอสแตติกคูลอมเมตรี) เมื่อกระแสไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง (ลดลง) ระหว่างอิเล็กโทรลิซิส

ในกรณีแรก เพื่อกำหนดปริมาณไฟฟ้า Q ก็เพียงพอที่จะวัดเวลาอิเล็กโทรไลซิส t (s) กระแสตรง / (A) ให้แม่นยำที่สุดและคำนวณค่าของ Q โดยใช้สูตร (10.28)

ในกรณีที่สอง ค่าของ Q ถูกกำหนดโดยการคำนวณหรือโดยคูลอมิเตอร์เคมี

มีการไทเทรตคูลอมเมตริกโดยตรงและคูลอมเมตริกทางอ้อม (การไทเทรตคูลอมเมตริก)

สาระสำคัญของวิธีการ ไม่ค่อยใช้ไดเร็คคูลอมเมตรีที่กระแสตรง บ่อยกว่านั้น คูลอมเมตริกถูกใช้ที่ศักย์ไฟฟ้าคงที่ที่ควบคุมได้ของอิเล็กโทรดทำงานหรือคูลอมเมทรีแบบโพเทนชิโอสแตติกโดยตรง

ในโพเทนชิโอสแตติกคูลอมเมตรีโดยตรง สารที่กำหนดโดยตรงจะถูกอิเล็กโทรลิซิส ปริมาณไฟฟ้าที่ใช้ไปในอิเล็กโทรไลซิสของสารนี้วัดได้ และมวล m ของสารที่จะหาคำนวณโดยใช้สมการ

ในกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส ศักยภาพของอิเล็กโทรดทำงานจะคงที่ E=const ซึ่งอุปกรณ์ - โพเทนชิโอสแตตมักจะใช้ ค่าคงที่ของศักย์ E ถูกเลือกในขั้นต้นโดยพิจารณาจากเส้นโค้งแรงดันกระแส (โพลาไรเซชัน) ที่วางแผนไว้ในพิกัดกระแส i - ศักย์ E (ดังที่ทำในโพลาโรกราฟี) ซึ่งได้มาภายใต้สภาวะเดียวกันกับที่อิเล็กโทรไลซิสจะเป็น ดำเนินการ. โดยปกติค่าของศักย์ E จะถูกเลือกซึ่งสอดคล้องกับพื้นที่ของกระแส จำกัด สำหรับสารที่ถูกกำหนดและเกินศักย์ E12 ครึ่งคลื่นเล็กน้อย (โดย -0.05-0.2 V) ที่ค่าที่เป็นไปได้นี้ เช่นเดียวกับในโพลาโรกราฟี อิเล็กโทรไลต์ที่รองรับไม่ควรถูกอิเล็กโทรไลซิส

เมื่อกระบวนการอิเล็กโทรลิซิสดำเนินไปอย่างมีศักย์คงที่ กระแสไฟฟ้าในเซลล์จะลดลง เนื่องจากความเข้มข้นของสารอิเล็กโทรแอกทีฟที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาอิเล็กโทรดลดลง ในกรณีนี้ กระแสไฟฟ้าจะลดลงตามเวลาตามกฎเลขชี้กำลังจากค่าเริ่มต้น i0 ที่เวลา t = O จนถึงค่า i ณ เวลา t:

โดยที่ค่าสัมประสิทธิ์ k ขึ้นอยู่กับธรรมชาติของปฏิกิริยา เรขาคณิตของเซลล์ไฟฟ้าเคมี พื้นที่ของอิเล็กโทรดทำงาน ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ของสารที่วิเคราะห์ อัตราการกวนของสารละลาย และปริมาตร

วิธีการกำหนดปริมาณไฟฟ้าที่ไหลผ่านสารละลายในโพเทปซิโอสแตติกคูลอมเมตรีโดยตรง ค่า Q สามารถกำหนดได้โดยวิธีการคำนวณหรือโดยใช้คูลอมิเตอร์เคมี

ก) การคำนวณค่า Q จากพื้นที่ใต้เส้นโค้งการพึ่งพาของ i บน m ในการหาค่า Q โดยไม่มีข้อผิดพลาดที่สังเกตได้ วิธีการนี้ต้องการกระบวนการอิเล็กโทรลิซิสที่เกือบจะเสร็จสมบูรณ์ กล่าวคือ เวลานาน. ในทางปฏิบัติ ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น พื้นที่จะถูกวัดที่ค่า m ซึ่งสอดคล้องกับ

0.001i0 (0.1% ของ i0)

b) การคำนวณค่าของ Q ขึ้นอยู่กับการพึ่งพา In / on m ตามเรามี:

Q = 0∞i0e-k τ d τ =i00∞e-k τ d τ =i0k

เพราะว่า

∞i0e-k τ d τ = - k-1 e-k∞-e-k0= k-10-1=k-1

การประยุกต์ใช้คูลอมเมตริกโดยตรง วิธีการนี้มีการเลือกสูง ความไว (สูงถึง 10~8-10~9 กรัมหรือสูงถึง ~10~5 โมล/ลิตร) ความสามารถในการทำซ้ำได้ (สูงถึง ~1-2%) และทำให้สามารถระบุเนื้อหาของ สิ่งเจือปนขนาดเล็ก ข้อเสียของวิธีการรวมถึงความซับซ้อนสูงและระยะเวลาของการวิเคราะห์ ความต้องการอุปกรณ์ราคาแพง

สามารถใช้ไดเร็กต์คูลอมเมทรีเพื่อกำหนด - ในรีดิวซ์แคโทด - ไอออนของโลหะ ไนโตรอินทรีย์และอนุพันธ์ของฮาโลเจน ในระหว่างการออกซิเดชันขั้วบวก - คลอไรด์-, โบรไมด์-, ไอโอไดด์-, แอนไอออนไทโอไซยาเนต, ไอออนของโลหะในสถานะออกซิเดชันที่ต่ำกว่าเมื่อถูกถ่ายโอนไปยังสถานะออกซิเดชันที่สูงขึ้น เช่น: As (IH) -> As (V), Cr (II) - > Cr(III), Fe(II) -» Fe(III), T1(I) -> Tl(III) เป็นต้น

ในการวิเคราะห์ทางเภสัชกรรม ไดเร็กต์คูลอมเมตรีใช้เพื่อกำหนดกรดแอสคอร์บิกและพิกริก โนเคนเคน ออกซีควิโนลีน และในบางกรณี

ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น direct coulometry ค่อนข้างลำบากและใช้เวลานาน นอกจากนี้ ในบางกรณี กระบวนการด้านข้างเริ่มดำเนินไปอย่างเห็นได้ชัดแม้กระทั่งก่อนที่ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าหลักจะเสร็จสมบูรณ์ ซึ่งลดประสิทธิภาพในปัจจุบันและอาจนำไปสู่ข้อผิดพลาดที่สำคัญในการวิเคราะห์ ดังนั้นจึงมักใช้คูลอมเมตริกทางอ้อม - การไทเทรตคูลอมเมตริก

3 การไทเทรตคูลอมเมตริก

สาระสำคัญของวิธีการ ในระหว่างการไทเทรตแบบคูลอมเมตริก สารวิเคราะห์ X ซึ่งอยู่ในสารละลายในเซลล์ไฟฟ้าเคมี ทำปฏิกิริยากับ "ไทแทรนต์" T ซึ่งเป็นสารที่ก่อตัวขึ้นอย่างต่อเนื่อง (สร้าง) บนอิเล็กโทรดของเครื่องกำเนิดระหว่างอิเล็กโทรลิซิสของสารเสริมที่มีอยู่ในสารละลาย . จุดสิ้นสุดของการไทเทรตคือช่วงเวลาที่ X ของสารวิเคราะห์ทั้งหมดทำปฏิกิริยากับ "ไทแทรนต์" T ที่สร้างขึ้นโดยสมบูรณ์ ถูกแก้ไขด้วยสายตาโดยวิธีตัวบ่งชี้ การแนะนำตัวบ่งชี้ที่เหมาะสมที่จะเปลี่ยนสีในสารละลายใกล้กับ TE หรือใช้วิธีเครื่องมือ - โพเทนชิโอเมตริก, แอมเพอโรเมตริก, โฟโตเมตริก

ดังนั้น ในการไทเทรตแบบคูลอมเมตริก ไทแทรนต์จะไม่ถูกเติมจากบิวเรตไปยังสารละลายที่กำลังไทเทรต บทบาทของไทแทรนต์เล่นโดยสสาร T ซึ่งถูกสร้างขึ้นอย่างต่อเนื่องระหว่างปฏิกิริยาอิเล็กโทรดบนอิเล็กโทรดของเครื่องกำเนิด เห็นได้ชัดว่า มีความคล้ายคลึงกันระหว่างการไทเทรตธรรมดา เมื่อไทแทรนต์ถูกนำจากภายนอกเข้าสู่สารละลายไทเทรต และเมื่อเติมเข้าไป จะทำปฏิกิริยากับสารที่วิเคราะห์ และการสร้างสาร T ซึ่งเมื่อก่อตัวขึ้น ก็จะมีปฏิกิริยาเช่นกัน กับผู้วิเคราะห์ ดังนั้น วิธีการที่กำลังพิจารณาจึงเรียกว่า "การไทเทรตคูลอมเมตริก"

การไทเทรตแบบคูลอมเมตริกดำเนินการในโหมดแอมเพอโรสแตติก (กัลวาโนสแตติก) หรือโหมดโพเทนชิโอสแตติก ส่วนใหญ่แล้ว การไทเทรตคูลอมเมตริกจะดำเนินการในโหมดแอมเพอโรสแตติก โดยรักษากระแสไฟฟ้าให้คงที่ตลอดระยะเวลาอิเล็กโทรลิซิสทั้งหมด

แทนที่จะวัดปริมาตรของไทแทรนต์ที่เติมในการไทเทรตคูลอมเมตริก เวลา t และกระแส i ของอิเล็กโทรไลซิสจะถูกวัด กระบวนการสร้างสาร T ในเซลล์คูลอมเมตริกระหว่างอิเล็กโทรลิซิสเรียกว่าไทแทรนต์

การไทเทรตคูลอมเมตริกที่กระแสตรง ในระหว่างการไทเทรตคูลอมเมตริกในโหมดแอมเพอโรสแตติก (ที่กระแสตรง) เวลา t ระหว่างที่ทำอิเล็กโทรลิซิสจะถูกวัด และปริมาณไฟฟ้า Q ที่ใช้ระหว่างอิเล็กโทรไลซิสจะคำนวณโดยสูตร หลังจากนั้นจะพบมวลของสารวิเคราะห์ X โดย วิทยุ.

ตัวอย่างเช่น การกำหนดมาตรฐานของสารละลายกรดไฮโดรคลอริก HC1 โดยการไทเทรตคูลอมเมตริกทำได้โดยการไทเทรตไฮโดรเจนไอออน H30+ ของสารละลายมาตรฐานที่มี HC1 ที่มีไฮดรอกไซด์ไอออน OH ที่สร้างขึ้นบนแคโทดแพลตตินัมระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของน้ำ:

H20 + 2e = 20H- + H2

ไทแทรนต์ที่เป็นผลลัพธ์ - ไฮดรอกไซด์ไอออน - ทำปฏิกิริยากับไอออน H30+ ในสารละลาย:

H30+ + OH- = 2H20

การไทเทรตจะดำเนินการต่อหน้าตัวบ่งชี้ฟีนอฟทาลีนและจะหยุดเมื่อสารละลายสีชมพูอ่อนปรากฏขึ้น รู้ค่าของกระแสตรง i (เป็นแอมแปร์) และเวลา t (เป็นวินาที) ที่ใช้ในการไทเทรต คำนวณปริมาณไฟฟ้า Q (เป็นคูลอมบ์) โดยใช้สูตร (28) และใช้สูตร (27) - มวล (เป็นกรัม) ) ของ HC1 ที่ทำปฏิกิริยาที่มีอยู่ในส่วนย่อยของสารละลาย HCl ที่ได้มาตรฐานที่เติมไปยังเซลล์คูลอมเมตริก (ภาชนะกำเนิด)

เงื่อนไขสำหรับการไทเทรตคูลอมเมตริก จากที่กล่าวข้างต้น เงื่อนไขสำหรับการไทเทรตคูลอมเมตริกควรให้ประสิทธิภาพในปัจจุบัน 100% ในการดำเนินการนี้ อย่างน้อยต้องเป็นไปตามข้อกำหนดต่อไปนี้

ก) รีเอเจนต์เสริมซึ่งสร้างไทแทรนต์บนอิเล็กโทรดทำงาน ต้องมีอยู่ในสารละลายในปริมาณที่มากเกินไปเมื่อเทียบกับสารที่วิเคราะห์ (ส่วนเกิน ~ 1,000 เท่า) ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ ปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีด้านข้างมักจะถูกกำจัด ซึ่งหลัก ๆ คือการเกิดออกซิเดชันหรือการลดลงของอิเล็กโทรไลต์ที่รองรับ ตัวอย่างเช่น ไฮโดรเจนไอออน:

H+ + 2e = H2

ข) ค่าของกระแสตรง i=const ระหว่างอิเล็กโทรไลซิสต้องน้อยกว่าค่าของกระแสแพร่ของรีเอเจนต์เสริมเพื่อหลีกเลี่ยงปฏิกิริยาโดยมีส่วนร่วมของอิเล็กโทรไลต์อิเล็กโทรไลต์พื้นหลัง

c) จำเป็นต้องกำหนดปริมาณไฟฟ้าที่ใช้ในระหว่างการอิเล็กโทรไลซิสให้แม่นยำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ซึ่งจำเป็นต้องบันทึกจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของการนับถอยหลังและขนาดของกระแสไฟฟ้าอิเล็กโทรไลซิสให้ถูกต้อง

การไทเทรตคูลอมเมตริกที่ศักย์คงที่

โหมดโพเทนชิโอสแตติกในการไทเทรตคูลอมเมตริกใช้ไม่บ่อยนัก

การไทเทรตแบบคูลอมเมตริกในโหมดโพเทนชิโอสแตติกจะดำเนินการด้วยค่าศักย์ไฟฟ้าคงที่ซึ่งสอดคล้องกับศักยภาพของการปล่อยสารที่อิเล็กโทรดทำงาน ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการลดค่าแคโทดของโลหะไอออน M "* บนอิเล็กโทรดทำงานแบบแพลทินัม เมื่อเกิดปฏิกิริยาขึ้น ศักย์จะคงที่จนกว่าไอออนบวกของโลหะทั้งหมดจะมีปฏิกิริยา หลังจากนั้นจะลดลงอย่างรวดเร็ว เนื่องจากไม่มีไอออนบวกของโลหะที่เป็นตัวกำหนดศักยภาพอีกต่อไปในสารละลาย

การประยุกต์ใช้การไทเทรตคูลอมเมตริก ในการไทเทรตแบบคูลอมเมตริก สามารถใช้ปฏิกิริยาทุกประเภทของการวิเคราะห์ไททริเมตริก: กรด-เบส รีดอกซ์ การตกตะกอน ปฏิกิริยาการก่อตัวที่ซับซ้อน

ดังนั้น กรดจำนวนเล็กน้อยสามารถกำหนดได้โดยการไทเทรตกรด-เบสคูลอมเมตริกด้วย OH- ไอออนที่สร้างด้วยไฟฟ้าซึ่งเกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของน้ำบนแคโทด:

H20 + 2e = 20N "+ H2

เบสยังสามารถไทเทรตได้ด้วยไอออนไฮโดรเจน H+ ที่สร้างขึ้นที่แอโนดระหว่างการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า:

H20-4e = 4H+ + 02

ด้วยการไทเทรตคูลอมเมตริกรีดอกซ์ สารหนู (III) พลวง (III) ไอโอไดด์ ไฮดราซีน ฟีนอล และสารอินทรีย์อื่นๆ สามารถกำหนดได้ โบรมีนที่สร้างด้วยไฟฟ้าที่แอโนดทำหน้าที่เป็นไทแทรนต์:

VG -2e = Vg2

การไทเทรตคูลอมเมตริกการตกตะกอนสามารถตรวจวัดไอออนของเฮไลด์และสารประกอบอินทรีย์ที่ประกอบด้วยกำมะถันโดยไอออนบวกที่ก่อด้วยไฟฟ้า Ag+, ไอออนบวกของสังกะสี Zn2+ โดยไอออนเฟอร์โรไซยาไนด์ที่สร้างด้วยไฟฟ้า เป็นต้น การไทเทรตคูลอมเมตริกเชิงซ้อนของไอออนบวกของโลหะสามารถทำได้โดยใช้แอนไอออน EDTA ที่สร้างด้วยไฟฟ้าบนแคโทดเชิงซ้อนของปรอท (II)

การไทเทรตแบบคูลอมเมตริกมีความแม่นยำสูง การใช้งานที่หลากหลายในการวิเคราะห์เชิงปริมาณ ช่วยให้คุณระบุสารจำนวนเล็กน้อย สารประกอบที่มีความต้านทานต่ำ (เนื่องจากทำปฏิกิริยาทันทีหลังจากการก่อตัว) เช่น ทองแดง (1) เงิน (H) , ดีบุก (P), ไททาเนียม (III), แมงกานีส (III), คลอรีน, โบรมีน ฯลฯ

ข้อดีของวิธีการนี้ยังรวมถึงข้อเท็จจริงที่ว่าไม่จำเป็นต้องมีการเตรียม การกำหนดมาตรฐาน และการเก็บรักษาของไทแทรนต์ เนื่องจากมีการสร้างไทแทรนต์อย่างต่อเนื่องระหว่างอิเล็กโทรไลซิสและถูกใช้ทันทีในการทำปฏิกิริยากับสารที่วิเคราะห์

บทสรุป

วิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมีขึ้นอยู่กับกระบวนการที่เกิดขึ้นบนอิเล็กโทรดหรือช่องว่างระหว่างอิเล็กโทรด วิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมีเป็นหนึ่งในวิธีการวิเคราะห์ทางกายภาพและทางเคมีที่เก่าแก่ที่สุด (บางวิธีอธิบายไว้เมื่อปลายศตวรรษที่ 19) ข้อได้เปรียบของพวกเขาคือความแม่นยำสูงและความเรียบง่ายเชิงเปรียบเทียบของทั้งอุปกรณ์และเทคนิคการวิเคราะห์ ความแม่นยำสูงถูกกำหนดโดยกฎที่แม่นยำมากซึ่งใช้ในวิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมี เช่น กฎของฟาราเดย์ ความสะดวกอย่างยิ่งคือพวกเขาใช้อิทธิพลทางไฟฟ้า และผลของอิทธิพลนี้ (การตอบสนอง) ได้มาในรูปของสัญญาณไฟฟ้า

ซึ่งให้ความเร็วและความแม่นยำในการนับสูง ซึ่งเปิดกว้างสำหรับความเป็นไปได้ในวงกว้างสำหรับการทำงานอัตโนมัติ วิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมีมีความโดดเด่นด้วยความไวและความสามารถในการคัดเลือกที่ดี ในบางกรณี อาจเป็นผลมาจากการวิเคราะห์เชิงจุลภาค เนื่องจากบางครั้งสารละลายน้อยกว่า 1 มล. ก็เพียงพอสำหรับการวิเคราะห์ เครื่องมือของพวกเขาคือเซลล์ไฟฟ้าเคมีซึ่งเป็นภาชนะที่มีสารละลายอิเล็กโทรไลต์ซึ่งมีอิเล็กโทรดอย่างน้อยสองขั้ว ขึ้นอยู่กับปัญหาที่กำลังแก้ไข รูปร่างและวัสดุของภาชนะ จำนวนและลักษณะของอิเล็กโทรด สารละลาย เงื่อนไขการวิเคราะห์ (แรงดันที่ใช้ (กระแส) และสัญญาณวิเคราะห์ที่บันทึกไว้ อุณหภูมิ การผสม การล้างก๊าซเฉื่อย ฯลฯ) ขึ้นอยู่กับปัญหาที่กำลังแก้ไข แตกต่าง. สารที่จะกำหนดสามารถรวมอยู่ในองค์ประกอบของอิเล็กโทรไลต์ที่เติมเซลล์และในองค์ประกอบของอิเล็กโทรดหนึ่ง

วิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมีมีบทบาทสำคัญในโลกสมัยใหม่ ในปัจจุบันนี้การดูแลสิ่งแวดล้อมมีความสำคัญเป็นพิเศษ การใช้วิธีการเหล่านี้ทำให้สามารถระบุเนื้อหาของสารอินทรีย์และอนินทรีย์จำนวนมากได้ ตอนนี้มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการระบุสารอันตราย

1. วิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมี

2. โพเทนชิโอเมตริก การไทเทรตโพเทนชิโอเมตริก

3. การวัดความนำไฟฟ้า การไทเทรตแบบวัดความนำไฟฟ้า

4.คูลอมเมตรี การไทเทรตคูลอมเมตริก

5. รายการวรรณกรรมที่ใช้แล้ว

วิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมี

การจำแนกวิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมี

วิธีการทางเคมีไฟฟ้าขึ้นอยู่กับการวัดค่าพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าของปรากฏการณ์ไฟฟ้าเคมีที่เกิดขึ้นในสารละลายทดสอบ การวัดดังกล่าวดำเนินการโดยใช้เซลล์ไฟฟ้าเคมี ซึ่งเป็นภาชนะที่มีสารละลายที่ตรวจสอบแล้ว ซึ่งวางอิเล็กโทรดไว้ กระบวนการทางเคมีไฟฟ้าในสารละลายจะมาพร้อมกับลักษณะที่ปรากฏหรือการเปลี่ยนแปลงในความต่างศักย์ระหว่างอิเล็กโทรดหรือการเปลี่ยนแปลงขนาดของกระแสที่ไหลผ่านสารละลาย

วิธีการทางเคมีไฟฟ้าถูกจำแนกตามประเภทของปรากฏการณ์ที่วัดได้ระหว่างการวิเคราะห์ โดยทั่วไปมีวิธีไฟฟ้าเคมีสองกลุ่ม:

1. วิธีการที่ไม่ซ้อนทับศักย์ภายนอก โดยพิจารณาจากการวัดความต่างศักย์ที่เกิดขึ้นในเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่ประกอบด้วยอิเล็กโทรดและภาชนะที่มีสารละลายทดสอบ วิธีการกลุ่มนี้เรียกว่า โพเทนชิโอเมตริกในวิธีโพเทนชิโอเมตริก การพึ่งพาศักย์สมดุลของอิเล็กโทรดต่อความเข้มข้นของไอออนที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีบนอิเล็กโทรด

2. วิธีการที่มีการกำหนดศักย์ภายนอกโดยพิจารณาจากการวัด: ก) ค่าการนำไฟฟ้าของสารละลาย - conductometry; b) ปริมาณไฟฟ้าที่ผ่านสารละลาย - คูลอมเมตรี; c) การพึ่งพากระแสบนศักย์ที่ใช้ - โวลต์แทมเมทรี; d) เวลาที่จำเป็นสำหรับการผ่านของปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี - วิธีโครโนอิเล็กโทรเคมี(โครโนโวลแทมเมทรี, โครโนคอนดักโทเมทรี) ในวิธีการของกลุ่มนี้ ศักย์ภายนอกจะถูกนำไปใช้กับอิเล็กโทรดของเซลล์ไฟฟ้าเคมี

องค์ประกอบหลักของเครื่องมือสำหรับการวิเคราะห์ไฟฟ้าเคมีคือเซลล์ไฟฟ้าเคมี ในวิธีการที่ปราศจากการกำหนดศักย์ภายนอก มันคือ เซลล์กัลวานิกซึ่งเนื่องจากการเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ทางเคมีทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น ในเซลล์ประเภทเซลล์กัลวานิก อิเล็กโทรดสองขั้วสัมผัสกับสารละลายที่วิเคราะห์แล้ว - อิเล็กโทรดตัวบ่งชี้ ศักยภาพขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสาร และอิเล็กโทรดที่มีศักยภาพคงที่ - อิเล็กโทรดอ้างอิง สัมพัทธ์ ซึ่งวัดศักยภาพของอิเล็กโทรดตัวบ่งชี้ ความต่างศักย์วัดด้วยอุปกรณ์พิเศษ - โพเทนชิโอมิเตอร์

ในวิธีการที่มีศักย์ภายนอกทับซ้อน เซลล์ไฟฟ้าเคมีตั้งชื่อเช่นนี้เพราะอิเล็กโทรไลซิสเกิดขึ้นที่อิเล็กโทรดของเซลล์ภายใต้การกระทำของศักย์ไฟฟ้าที่ใช้ - การเกิดออกซิเดชันหรือการลดลงของสาร การวิเคราะห์ความนำไฟฟ้าใช้เซลล์วัดค่าการนำไฟฟ้าในการวัดค่าการนำไฟฟ้าของสารละลาย ตามวิธีการใช้งาน วิธีไฟฟ้าเคมีสามารถจำแนกได้เป็นวิธีการโดยตรง ซึ่งวัดความเข้มข้นของสารตามการบ่งชี้ของอุปกรณ์ และการไทเทรตเคมีไฟฟ้า ซึ่งการระบุจุดสมมูลได้รับการแก้ไขโดยใช้การวัดทางไฟฟ้าเคมี ตามการจัดหมวดหมู่นี้ มีการไทเทรตโพเทนชิโอเมทรีและการไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริก การไทเทรตแบบวัดความนำไฟฟ้าและการไทเทรตแบบสื่อกระแสไฟฟ้า เป็นต้น

เครื่องมือสำหรับการวัดค่าไฟฟ้าเคมี นอกเหนือจากเซลล์ไฟฟ้าเคมี เครื่องกวน ความต้านทานโหลด รวมถึงอุปกรณ์สำหรับวัดความต่างศักย์ กระแส ความต้านทานของสารละลาย และปริมาณของไฟฟ้า การวัดเหล่านี้สามารถทำได้โดยเครื่องมือตัวชี้ (โวลต์มิเตอร์หรือไมโครมิเตอร์) ออสซิลโลสโคป โพเทนชิโอมิเตอร์บันทึกอัตโนมัติ หากสัญญาณไฟฟ้าจากเซลล์อ่อนมากก็จะถูกขยายโดยใช้เครื่องขยายสัญญาณวิทยุ ในอุปกรณ์ของวิธีการที่มีศักย์ไฟฟ้าภายนอกซ้อนทับ ส่วนสำคัญคืออุปกรณ์สำหรับจัดหาเซลล์ที่มีศักย์ไฟฟ้าที่เหมาะสมของกระแสตรงหรือกระแสสลับที่เสถียร (ขึ้นอยู่กับชนิดของวิธีการ) หน่วยจ่ายไฟสำหรับเครื่องมือวิเคราะห์ไฟฟ้าเคมีมักประกอบด้วยเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าและตัวปรับแรงดันไฟฟ้า ซึ่งช่วยให้มั่นใจถึงความเสถียรของเครื่องมือ

โพเทนชิโอเมทรี

โพเทนชิโอเมทรีขึ้นอยู่กับการวัดความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรดที่ไม่เหมือนกันซึ่งแช่อยู่ในสารละลายที่มีสารที่จะกำหนด ศักย์ไฟฟ้าเกิดขึ้นที่อิเล็กโทรดเมื่อปฏิกิริยาลดการเกิดออกซิเดชัน (ไฟฟ้าเคมี) ผ่านเข้าไป ปฏิกิริยารีดอกซ์เกิดขึ้นระหว่างตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ด้วยการก่อตัวของคู่รีดอกซ์ ศักยภาพ E ซึ่งถูกกำหนดโดยสมการ Nernst โดยความเข้มข้นของส่วนประกอบของคู่ [ox] และ [rec]:

การวัดโพเทนชิโอเมตริกทำได้โดยการลดอิเล็กโทรดสองขั้วลงในสารละลาย - อิเล็กโทรดตัวบ่งชี้ที่ทำปฏิกิริยากับความเข้มข้นของไอออนที่ถูกกำหนด และอิเล็กโทรดมาตรฐานหรืออิเล็กโทรดอ้างอิง ซึ่งสัมพันธ์กับค่าศักย์ไฟฟ้าของตัวบ่งชี้ที่วัดได้ ใช้ตัวบ่งชี้และอิเล็กโทรดมาตรฐานหลายประเภท

อิเล็กโทรดชนิดแรกสามารถย้อนกลับได้เมื่อเทียบกับไอออนโลหะที่อิเล็กโทรดประกอบด้วย เมื่ออิเล็กโทรดดังกล่าวถูกลดระดับลงในสารละลายที่มีไอออนบวกของโลหะ จะเกิดคู่อิเล็กโทรดขึ้น

/เอ็ม .

อิเล็กโทรดชนิดที่สองมีความไวต่อแอนไอออนและเป็นตัวแทนของโลหะ M ที่เคลือบด้วยชั้นของ MA ของเกลือที่ไม่ละลายน้ำด้วยประจุลบ

ซึ่งอิเล็กโทรดมีความอ่อนไหว เมื่ออิเล็กโทรดดังกล่าวสัมผัสกับสารละลายที่มีไอออนที่ระบุ ศักย์ E จะเกิดขึ้น ค่านั้นขึ้นอยู่กับผลคูณของความสามารถในการละลายของเกลือและความเข้มข้นของประจุลบในสารละลาย

อิเล็กโทรดประเภทที่สองคือซิลเวอร์คลอไรด์และคาโลเมลอิเล็กโทรดซิลเวอร์คลอไรด์อิ่มตัวและอิเล็กโทรดคาโลเมลรักษาศักย์ไฟฟ้าคงที่และใช้เป็นอิเล็กโทรดอ้างอิง ซึ่งจะวัดศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดตัวบ่งชี้

อิเล็กโทรดเฉื่อย- แผ่นหรือลวดที่ทำจากโลหะที่ยากต่อการออกซิไดซ์ - แพลตตินั่ม, ทอง, แพลเลเดียม ใช้สำหรับวัดค่า E ในสารละลายที่มีคู่รีดอกซ์ (เช่น

/).

อิเล็กโทรดเมมเบรนชนิดต่าง ๆ มีเมมเบรนที่เมมเบรนมีศักย์ E เกิดขึ้น ค่าของ E ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของความเข้มข้นของไอออนเดียวกันในด้านต่าง ๆ ของเมมเบรน อิเล็กโทรดเมมเบรนที่ง่ายและใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคืออิเล็กโทรดแก้ว

การผสมเกลือที่ไม่ละลายน้ำ เช่น AgBr, AgCl, AgI และอื่นๆ กับพลาสติกบางชนิด (ยาง โพลิเอทิลีน โพลีสไตรีน) นำไปสู่การสร้าง อิเล็กโทรดคัดเลือกไอออนบน

, , เลือกดูดซับไอออนเหล่านี้จากสารละลายเนื่องจากกฎ Panet-Fajans-Han เนื่องจากความเข้มข้นของอิออนที่จะกำหนดนอกอิเล็กโทรดแตกต่างจากที่อยู่ภายในอิเล็กโทรด สมดุลบนพื้นผิวเมมเบรนจึงแตกต่างกัน ซึ่งทำให้มีศักยภาพของเมมเบรน

ในการดำเนินการหาค่าโพเทนชิโอเมตริก เซลล์ไฟฟ้าเคมีจะประกอบขึ้นจากอิเล็กโทรดอ้างอิงตัวบ่งชี้ ซึ่งถูกหย่อนลงในสารละลายที่วิเคราะห์แล้วและเชื่อมต่อกับโพเทนชิออมิเตอร์ อิเล็กโทรดที่ใช้ในโพเทนชิโอเมทรีมีความต้านทานภายในขนาดใหญ่ (500-1000 MΩ) ดังนั้นจึงมีโพเทนชิโอมิเตอร์หลายประเภทที่เป็นโวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความต้านทานสูงที่ซับซ้อน ในการวัด EMF ของระบบอิเล็กโทรดในโพเทนชิโอมิเตอร์ วงจรชดเชยจะใช้เพื่อลดกระแสในวงจรเซลล์

ส่วนใหญ่มักจะใช้โพเทนชิโอมิเตอร์สำหรับการวัดค่า pH โดยตรง ความเข้มข้นของไอออน pNa, pK, pNH₄, pCl และ mV โดยตรง การวัดทำได้โดยใช้อิเล็กโทรดคัดเลือกไอออนที่เหมาะสม

อิเล็กโทรดแก้วและอิเล็กโทรดอ้างอิงซิลเวอร์คลอไรด์ใช้สำหรับวัดค่า pH ก่อนทำการวิเคราะห์ จำเป็นต้องตรวจสอบการสอบเทียบเครื่องวัดค่า pH โดยใช้สารละลายบัฟเฟอร์มาตรฐาน ซึ่งช่องแก้ไขจะถูกนำไปใช้กับอุปกรณ์

เครื่องวัดค่า pH นอกเหนือจากการวัดค่า pH, pNa, pK, pNH₄, pCl และอื่นๆ โดยตรง ยังช่วยให้สามารถตรวจวัดการไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริกของไอออนได้

การไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริก

การไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริกจะดำเนินการในกรณีที่ไม่สามารถใช้ตัวบ่งชี้ทางเคมีหรือในกรณีที่ไม่มีตัวบ่งชี้ที่เหมาะสม

ในการไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริก อิเล็กโทรดโพเทนชิโอมิเตอร์ที่จุ่มลงในสารละลายไทเทรตจะถูกใช้เป็นตัวบ่งชี้ ในกรณีนี้ จะใช้อิเล็กโทรดที่มีความไวต่อไอออนที่ไทเทรตได้ ในกระบวนการไทเทรต ความเข้มข้นของไอออนจะเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งบันทึกไว้ในมาตราส่วนของโพรบวัดของโพเทนชิออมิเตอร์ หลังจากบันทึกการอ่านโพเทนชิออมิเตอร์ในหน่วย pH หรือ mV แล้ว พวกเขาสร้างกราฟของการพึ่งพาปริมาตรของไทแทรนต์ (กราฟการไทเทรต) กำหนดจุดสมมูลและปริมาตรของไทแทรนต์ที่ใช้สำหรับการไทเทรต จากข้อมูลที่ได้รับ กราฟการไทเทรตโพเทนชิโอเมตริกจะถูกสร้างขึ้น

กราฟการไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริกมีรูปแบบคล้ายกับกราฟการไทเทรตในการวิเคราะห์ไทเทรต จุดสมมูลกำหนดจากกราฟการไทเทรตซึ่งอยู่ตรงกลางของการไทเทรต เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้วาดแทนเจนต์ไปยังส่วนของเส้นโค้งการไทเทรตและกำหนดจุดสมมูลที่อยู่ตรงกลางของแทนเจนต์ของการข้ามของการไทเทรต การเปลี่ยนแปลงใน ∆рН/∆V ได้ค่าสูงสุดที่จุดสมมูล

หลักสูตรการทำงาน

«วิธีการทางไฟฟ้าเคมี

การวิจัย"

บทนำ

1. พื้นฐานทางทฤษฎีของวิธีวิจัยไฟฟ้าเคมี

1.1 ประวัติวิธีการ

1.2 คำอธิบายวิธีการวิจัยไฟฟ้าเคมี

1.3 โพเทนชิโอเมทรี

1.4 การวัดความนำไฟฟ้า

1.5 คูลอมเมตริก

1.6 โวลแทมเมทรี

1.7 การวัดน้ำหนักด้วยไฟฟ้า

2. ส่วนทดลองของวิธีวิจัยไฟฟ้าเคมี

2.1 การหาความเข้มข้นของกรดโดยการไทเทรตแบบนำไฟฟ้า

2.2 การไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริก

2.3 อิเล็กโทรลิซิส

2.4 การหาค่าศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรด

2.5 การหาค่า EMF ของเซลล์กัลวานิก

บทสรุป

บรรณานุกรม

บทนำ

ในโลกสมัยใหม่ อิทธิพลของความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในทุกด้านในชีวิตของเราได้รับการสังเกตมากขึ้นเรื่อยๆ ในเรื่องนี้จำเป็นต้องมีวิธีการวิเคราะห์ที่แม่นยำและรวดเร็วยิ่งขึ้น วิธีการวิจัยทางไฟฟ้าเคมี (ECMI) ตรงตามข้อกำหนดเหล่านี้มากที่สุด เป็นวิธีการทางเคมีกายภาพหลักในการศึกษาสาร

ECMI ขึ้นอยู่กับกระบวนการที่เกิดขึ้นบนอิเล็กโทรดหรือช่องว่างระหว่างอิเล็กโทรด เป็นวิธีการวิจัยทางกายภาพและเคมีที่เก่าแก่ที่สุดวิธีหนึ่ง (บางวิธีอธิบายไว้เมื่อปลายศตวรรษที่ 19) ข้อได้เปรียบของพวกเขาคือความแม่นยำสูงและความเรียบง่ายเชิงเปรียบเทียบ ความแม่นยำสูงถูกกำหนดโดยกฎหมายที่แม่นยำมากที่ใช้ใน EMHI เช่น กฎของฟาราเดย์ ความสะดวกอย่างยิ่งคือ ECMI ใช้เอฟเฟกต์ไฟฟ้า และความจริงที่ว่าผลของเอฟเฟกต์นี้ (การตอบสนอง) นั้นได้มาในรูปแบบของสัญญาณไฟฟ้าเช่นกัน ซึ่งให้ความเร็วและความแม่นยำในการนับสูง ซึ่งเปิดกว้างสำหรับความเป็นไปได้ในวงกว้างสำหรับการทำงานอัตโนมัติ ECMI มีความโดดเด่นด้วยความไวและความสามารถในการคัดเลือกที่ดี ในบางกรณีสามารถนำมาประกอบกับการวิเคราะห์ระดับไมโคร เนื่องจากบางครั้งสารละลายน้อยกว่า 1 มล. ก็เพียงพอสำหรับการวิเคราะห์

อุปกรณ์ที่ออกแบบมาสำหรับการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมีนั้นค่อนข้างถูก หาได้ง่าย และใช้งานง่าย ดังนั้นวิธีการเหล่านี้จึงใช้กันอย่างแพร่หลายไม่เพียง แต่ในห้องปฏิบัติการเฉพาะทางเท่านั้น แต่ยังใช้ในหลายอุตสาหกรรมด้วย

วัตถุประสงค์ของงาน : การศึกษาวิธีเคมีไฟฟ้าเพื่อศึกษาองค์ประกอบของสาร

เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ จำเป็นต้องแก้ไขงานต่อไปนี้:

พิจารณาวิธีการวิจัยทางไฟฟ้าเคมี การจำแนกประเภทและสาระสำคัญ

เพื่อศึกษาการไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริกและการนำไฟฟ้า การหาค่าศักย์ไฟฟ้าและแรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF) ของเซลล์กัลวานิก ตลอดจนกระบวนการอิเล็กโทรลิซิสในทางปฏิบัติ

วัตถุประสงค์ของการศึกษา: การประยุกต์วิธีเคมีไฟฟ้าในการวิเคราะห์คุณสมบัติและองค์ประกอบของสสาร

หัวข้อการศึกษา: กลไกของกระบวนการไฟฟ้าเคมี

การไทเทรตเคมีไฟฟ้า กัลวานิก

1.รากฐานทางทฤษฎีของวิธีการวิจัยทางไฟฟ้าเคมี

1 ประวัติที่มาของวิธีการ

การศึกษาเคมีไฟฟ้าอย่างเป็นระบบเป็นไปได้หลังจากการสร้างแหล่งกระแสไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพเพียงพออย่างถาวรเท่านั้น แหล่งที่มาดังกล่าวปรากฏขึ้นในช่วงเปลี่ยนศตวรรษที่ 18-19 อันเป็นผลมาจากการทำงานของ L. Galvani และ A. Volta ขณะศึกษาหน้าที่ทางสรีรวิทยาของกบ กัลวานีได้สร้างวงจรไฟฟ้าเคมีขึ้นโดยไม่ได้ตั้งใจซึ่งประกอบด้วยโลหะสองชนิดและกล้ามเนื้อของขากบที่เตรียมไว้ เมื่อเท้าซึ่งจับอยู่กับที่ยึดทองแดงถูกสัมผัสด้วยลวดเหล็กซึ่งเชื่อมต่อกับที่ยึดด้วย กล้ามเนื้อจะหดตัว การหดตัวที่คล้ายกันเกิดขึ้นภายใต้การกระทำของการปล่อยไฟฟ้า กัลวานีอธิบายปรากฏการณ์นี้ด้วยการมีอยู่ของ "กระแสไฟฟ้าจากสัตว์" การตีความการทดลองเหล่านี้แตกต่างกันโดย Volta ซึ่งพิจารณาว่ากระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นที่จุดสัมผัสของโลหะสองชนิดและการหดตัวของกล้ามเนื้อกบเป็นผลมาจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน กระแสยังเกิดขึ้นเมื่อมีการวางวัสดุที่เป็นรูพรุน (ผ้าหรือกระดาษ) ที่ชุบด้วยน้ำเกลือระหว่างแผ่นโลหะสองแผ่น เช่น สังกะสีและทองแดง และวงจรถูกปิด การเชื่อมต่อ "องค์ประกอบ" ดังกล่าว 15-20 อย่างอย่างต่อเนื่อง Volta ในปี 1800 ได้สร้างแหล่งเคมีแห่งแรกของกระแส - "คอลัมน์โวลต์"

นักวิทยาศาสตร์หลายคนสนใจอิทธิพลของไฟฟ้าต่อระบบเคมีในทันที ในปี 1800 W. Nicholson และ A. Carlyle รายงานว่าน้ำสลายตัวเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านโดยใช้ลวดทองคำขาวและทองคำขาวที่เชื่อมต่อกับ "คอลัมน์โวลตาอิก" การศึกษาเคมีไฟฟ้าช่วงแรกๆ ที่สำคัญที่สุดคือผลงานของ H. Davy นักเคมีชาวอังกฤษ ในปี ค.ศ. 1807 เขาแยกธาตุโพแทสเซียมโดยส่งกระแสผ่านโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ที่เป็นของแข็งชุบน้ำเล็กน้อย แบตเตอรี่ที่มีเซลล์กัลวานิก 100 เซลล์ทำหน้าที่เป็นแหล่งจ่ายแรงดันไฟ โซเดียมเมทัลลิกได้มาในลักษณะเดียวกัน ต่อมา Davy ใช้อิเล็กโทรดปรอท แยกแมกนีเซียม แคลเซียม สตรอนเทียม และแบเรียมโดยอิเล็กโทรไลซิส

M. Faraday ผู้ช่วยของ Davy ได้ตรวจสอบความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณไฟฟ้า (ผลคูณของความแรงของกระแสและเวลา) ที่ไหลผ่านส่วนต่อประสานอิเล็กโทรด/สารละลายและการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่เกิดขึ้น ได้มีการสร้างเครื่องมือ (ปัจจุบันเรียกว่า gas coulometer) เพื่อวัดปริมาณไฟฟ้าโดยปริมาตรของไฮโดรเจนและออกซิเจนที่ปล่อยออกมาในเซลล์อิเล็กโทรไลต์ และแสดงให้เห็น (1833) ว่าปริมาณไฟฟ้าที่ต้องการเพื่อให้ได้ปริมาณที่กำหนด สารไม่ได้ขึ้นอยู่กับขนาดของอิเล็กโทรด ระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรดกับจำนวนเพลตในแบตเตอรี่ที่ป้อนเซลล์ นอกจากนี้ ฟาราเดย์ยังพบว่าปริมาณของสารที่ปล่อยออกมาระหว่างอิเล็กโทรไลซิสเป็นสัดส่วนโดยตรงกับเทียบเท่าทางเคมีและปริมาณไฟฟ้าที่ผ่านอิเล็กโทรไลต์ บทบัญญัติพื้นฐานสองข้อนี้เรียกว่ากฎของฟาราเดย์ ร่วมกับเพื่อนของเขา W. Whewell ผู้เชี่ยวชาญด้านภาษาศาสตร์คลาสสิก ฟาราเดย์ยังได้พัฒนาคำศัพท์ใหม่ในวิชาไฟฟ้าเคมี เขาเรียกตัวนำที่แช่อยู่ในอิเล็กโทรดของสารละลาย (ก่อนหน้านี้เรียกว่าขั้ว) แนะนำแนวคิดของ "อิเล็กโทรไลซิส" (การเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่เกี่ยวข้องกับกระแส), "อิเล็กโทรไลต์" (ของเหลวที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าในเซลล์ไฟฟ้าเคมี), "แอโนด" (อิเล็กโทรดที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน) และ "แคโทด" (อิเล็กโทรดที่ ปฏิกิริยาการลดลงเกิดขึ้น ) เขาเรียกประจุพาหะในของเหลวไอออน (จากภาษากรีก "คนพเนจร", "คนพเนจร") และไอออนที่เคลื่อนที่ไปทางแอโนด (ขั้วบวก) เรียกว่า "แอนไอออน" และไปทางแคโทด - "ไอออนบวก" การวิจัยของฟาราเดย์เกี่ยวกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้านำไปสู่การสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งทำให้สามารถดำเนินการกระบวนการไฟฟ้าเคมีในระดับอุตสาหกรรมได้

ฟาราเดย์อธิบายความสามารถของการแก้ปัญหาในการส่งกระแสไฟฟ้าโดยการปรากฏตัวของไอออน อย่างไรก็ตาม เขาและนักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ เช่น I. Gittorf และ F. Kohlrausch เชื่อว่าไอออนปรากฏภายใต้อิทธิพลของกระแส ในปี พ.ศ. 2427 เอส. อาร์เรเนียสแนะนำว่าแท้จริงแล้วไอออนเกิดขึ้นได้จากการละลายเกลือในน้ำ ผลงานของ S. Arrhenius, J. van't Hoff และ W. Ostwald เป็นก้าวสำคัญในการพัฒนาทฤษฎีอิเล็กโทรไลต์และแนวคิดเกี่ยวกับคุณสมบัติทางเคมีกายภาพของสารละลายและอุณหพลศาสตร์ ข้อตกลงระหว่างทฤษฎีและข้อมูลการทดลองเกี่ยวกับการนำไอออนและสมดุลในสารละลายมีความสมบูรณ์มากขึ้นหลังจาก P. Debye และ E. Hückel คำนึงถึงปฏิสัมพันธ์ไฟฟ้าสถิตระยะยาวระหว่างไอออนในปี 1923

ความพยายามครั้งแรกในการค้นหาสาเหตุของความต่างศักย์ระหว่างสารละลายกับโลหะเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2422 โดย G. Helmholtz ซึ่งแสดงให้เห็นว่าความต่างศักย์นี้เกิดจากชั้นไฟฟ้าสองชั้นซึ่งด้านบวกอยู่บนโลหะ ด้านลบอยู่ในของเหลว ดังนั้น G. Helmholtz จึงถือว่าสองชั้นเป็นตัวเก็บประจุแบบแบน แบบจำลองสองชั้นนี้ยังคงไม่อยู่ในสายตาของนักเคมีไฟฟ้ามาเป็นเวลานาน ไมโครเวิร์ลที่ขอบเขตสารละลายโลหะ ซึ่งกระบวนการไฟฟ้าเคมีเกิดขึ้น ยังคง “รอ” ถึงเวลาของมัน

นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส J. Gouy ในปี 1910 และนักเคมีไฟฟ้าชาวอังกฤษ D. Chapman ในปี 1913 แสดงให้เห็นว่าอิออนอิเล็กโทรไลต์ไม่ได้อยู่ในระนาบเดียวกัน (ตามที่ G. Helmholtz จินตนาการไว้) แต่ก่อตัวเป็นบริเวณ "กระจาย" (ขณะที่พวกมันเคลื่อนตัวออกห่างจาก พื้นผิวโลหะความเข้มข้นของไอออนจะค่อยๆเปลี่ยนไป) ทฤษฎีโครงสร้างสองชั้น Gouy-Chapman ได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน O. Stern ในปี 1924 เขาเสนอให้คำนึงถึงขนาดของไอออนและผลของการดูดซับของไอออนและโมเลกุลตัวทำละลายไดโพลเมื่ออธิบายโครงสร้างของชั้นไฟฟ้าสองชั้น การศึกษาความจุดิฟเฟอเรนเชียลของสองชั้นโดยใช้วิธีการวิจัยใหม่อนุญาตให้นักวิทยาศาสตร์โซเวียต A.N. ฟรัมกิ้นในปี 2477-2478 และนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน ดี. เกรแฮม ในปี ค.ศ. 1941 เพื่อกำหนดขอบเขตของการบังคับใช้ทฤษฎี Gouy-Chapman-Stern หนึ่ง. Frumkin แนะนำว่าความคลาดเคลื่อนระหว่างข้อมูลทฤษฎีและข้อมูลการทดลองเกิดจากลักษณะที่ไม่ต่อเนื่องของการกระจายประจุในสองชั้น แนวคิดนี้ซึ่งแสดงออกครั้งแรกในปี พ.ศ. 2478 ได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมในปี พ.ศ. 2483 และ พ.ศ. 2493

J. Gibbs และ W. Nernst ได้สร้างผลงานอย่างจริงจังต่ออุณหพลศาสตร์ไฟฟ้าและโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการอธิบายธรรมชาติของศักย์ไฟฟ้า (แรงดันไฟฟ้า) ในเซลล์ไฟฟ้าเคมีและความสมดุลระหว่างพลังงานไฟฟ้า เคมี และพลังงานความร้อน Yu. Tafel (1905), J. Butler (1924), M. Volmer (1930), A.N. ฟรัมกิน (2473-2476)

2 คำอธิบายวิธีการวิจัยไฟฟ้าเคมี

เซลล์ไฟฟ้าเคมีซึ่งเป็นภาชนะที่มีสารละลายอิเล็กโทรไลต์ซึ่งมีอิเล็กโทรดอย่างน้อยสองขั้วถูกจุ่มลงไป ทำหน้าที่เป็นเครื่องมือสำหรับ ECM ขึ้นอยู่กับปัญหาที่กำลังแก้ไข รูปร่างและวัสดุของภาชนะ จำนวนและลักษณะของอิเล็กโทรด สารละลาย เงื่อนไขการวิเคราะห์ (แรงดันที่ใช้ (กระแส) และสัญญาณวิเคราะห์ที่บันทึกไว้ อุณหภูมิ การผสม การชะล้างด้วยก๊าซเฉื่อย เป็นต้น) อาจแตกต่างกัน สารที่จะกำหนดสามารถรวมอยู่ในองค์ประกอบของอิเล็กโทรไลต์ที่เติมเซลล์และในองค์ประกอบของอิเล็กโทรดหนึ่ง หากปฏิกิริยารีดอกซ์เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติบนอิเล็กโทรดของเซลล์ นั่นคือโดยไม่ต้องใช้แรงดันไฟฟ้าจากแหล่งภายนอก แต่เพียงเนื่องจากความต่างศักย์ (EMF) ของอิเล็กโทรด เซลล์ดังกล่าวจึงเรียกว่าเซลล์กัลวานิก หากจำเป็น เซลล์สามารถเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายแรงดันไฟภายนอกได้ ในกรณีนี้ ด้วยการใช้แรงดันไฟฟ้าที่เพียงพอ จะสามารถเปลี่ยนทิศทางของปฏิกิริยารีดอกซ์และกระแสให้เป็นตรงกันข้ามกับสิ่งที่เกิดขึ้นในเซลล์กัลวานิกได้ ปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกิดขึ้นบนอิเล็กโทรดภายใต้การกระทำของแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าภายนอกเรียกว่าอิเล็กโทรไลซิส และเซลล์ไฟฟ้าเคมีซึ่งเป็นผู้ใช้พลังงานที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาเคมีที่จะเกิดขึ้นเรียกว่าเซลล์อิเล็กโทรไลต์

ECMI แบ่งออกเป็น:

) conductometry - การวัดค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายทดสอบ

) โพเทนชิโอเมทรี - การวัดศักย์สมดุลไร้ปัจจุบันของอิเล็กโทรดตัวบ่งชี้ซึ่งสารทดสอบเป็นโพเทนชิโอเดเทอร์มิเนชัน

) คูลอมเมตรี - การวัดปริมาณไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับการเปลี่ยนแปลงอย่างสมบูรณ์ (ออกซิเดชันหรือการลด) ของสารภายใต้การศึกษา

) โวลแทมเมทรี - การวัดลักษณะโพลาไรซ์แบบอยู่กับที่หรือไม่อยู่กับที่ของอิเล็กโทรดในปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับสารทดสอบ

) electrogravimetry - การวัดมวลของสารที่ปล่อยออกมาจากสารละลายระหว่างอิเล็กโทรไลซิส

ECMI สามารถแบ่งออกได้ตามการใช้อิเล็กโทรลิซิส Coulometry, voltammetry และ electrogravimetry นั้นขึ้นอยู่กับหลักการของอิเล็กโทรลิซิส อิเล็กโทรไลซิสไม่ได้ใช้ในการวัดค่าการนำไฟฟ้าและโพเทนชิโอเมทรี

ECMI มีความสำคัญอย่างอิสระสำหรับการวิเคราะห์ทางเคมีโดยตรง แต่สามารถใช้เป็นตัวช่วยในวิธีการวิเคราะห์อื่นๆ ได้ ตัวอย่างเช่น สามารถใช้ในการไททริเมทรีเพื่อบันทึกจุดสิ้นสุดของการไทเทรต ไม่ใช่ด้วยความช่วยเหลือของตัวบ่งชี้การเปลี่ยนสีทางเคมี แต่โดยการเปลี่ยนศักย์ไฟฟ้า การนำไฟฟ้าของกระแสไฟฟ้า เป็นต้น

ให้เราพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับกระบวนการที่เกิดขึ้นในการศึกษาเคมีไฟฟ้า

อิเล็กโทรดเป็นระบบในกรณีที่ง่ายที่สุดซึ่งประกอบด้วยสองเฟสซึ่งของแข็งมีอิเล็กทรอนิกส์และอีกอันหนึ่ง - ของเหลว - การนำไฟฟ้าไอออนิก เฟสของแข็งที่มีค่าการนำไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ถือเป็นตัวนำประเภทที่หนึ่ง และเฟสของเหลวที่มีค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกถือเป็นประเภทที่สอง เมื่อตัวนำทั้งสองนี้สัมผัสกัน จะเกิดไฟฟ้าดับเบิ้ลเลเยอร์ (DEL) อาจเป็นผลมาจากการแลกเปลี่ยนไอออนระหว่างเฟสของแข็งและของเหลว หรือจากการดูดซับเฉพาะของไพเพอร์หรือแอนไอออนบนพื้นผิวของเฟสของแข็งเมื่อจุ่มลงในน้ำหรือสารละลาย

ด้วยกลไกไอออนิกของการเกิด DES เช่น ในกรณีที่ศักย์เคมีของอะตอมบนพื้นผิวโลหะ (เฟสของแข็ง) มีค่ามากกว่าศักย์เคมีของไอออนในสารละลาย อะตอมจากพื้นผิวโลหะจะผ่านเข้าสู่ สารละลายในรูปของไพเพอร์: Me ? ผม z+ +ze -. อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาในกรณีนี้จะชาร์จพื้นผิวของเฟสของแข็งในเชิงลบและด้วยเหตุนี้จึงดึงดูดไอออนที่มีประจุบวกของสารละลายสู่พื้นผิว เป็นผลให้มีการสร้างชั้นที่มีประจุตรงข้ามสองชั้นที่ขอบเขตเฟสซึ่งเป็นแผ่นตัวเก็บประจุชนิดหนึ่ง สำหรับการเปลี่ยนแปลงเพิ่มเติมของอนุภาคที่มีประจุจากเฟสหนึ่งไปอีกเฟสหนึ่ง พวกมันต้องทำงานเท่ากับความต่างศักย์ระหว่างเพลตของตัวเก็บประจุนี้ หากศักย์เคมีของอะตอมบนพื้นผิวของเฟสของแข็งมีค่าน้อยกว่าศักยภาพทางเคมีของไอออนในสารละลาย ไอออนบวกจากสารละลายจะผ่านไปยังพื้นผิวของเฟสของแข็ง ประจุบวก: ฉัน z+ +ze - ? ผม. ทั้งในกรณีแรกและในกรณีที่สอง กระบวนการเหล่านี้จะไม่ดำเนินต่อไปอย่างไม่มีกำหนด แต่จนกว่าจะสร้างสมดุลไดนามิกขึ้น ซึ่งสามารถแสดงได้ด้วยการเปลี่ยนผ่านรีดอกซีแบบย้อนกลับได้ของประเภท Me - ze -? ผม z+ หรือในกรณีทั่วไป Ox + I0 ? สีแดง z+ .

กระบวนการที่การส่งคืนหรือสิ่งที่แนบมาของอิเล็กตรอนเกิดขึ้นที่อิเล็กโทรดเรียกว่ากระบวนการอิเล็กโทรด

Nernst ได้รับสูตรที่เกี่ยวข้องกับความแตกต่างระหว่างศักยภาพภายในของ EDL กับกิจกรรม (ความเข้มข้น) ของอนุภาคที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของ redoxy แบบย้อนกลับได้:

ที่ไหน ?(Me) คือศักยภาพของชั้นประจุของเฟสของแข็ง

?(สารละลาย) คือศักยภาพของชั้นสารละลายที่อยู่ติดกับเฟสของแข็ง

??0- ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน - ค่าคงที่แก๊สสากล (8.31 J/K โมล); - อุณหภูมิ K; - หมายเลขฟาราเดย์ (96 488 C/โมล); คือจำนวนอิเล็กตรอนที่มีส่วนร่วมในการเปลี่ยนแปลงของปฏิกิริยารีดอกซี

a (Ox) และ a (สีแดง) คือกิจกรรมของสารในรูปแบบออกซิไดซ์ (Ox) และรีดิวซ์ (สีแดง) ของสารในทรานซิชันรีดอกซี mol/L

กำหนดศักยภาพภายในของแต่ละขั้นตอน ?(ฉันและ ?(p - p) น่าเสียดายที่การทดลองเป็นไปไม่ได้ ความพยายามใดๆ ในการเชื่อมต่อสารละลายด้วยลวดเข้ากับอุปกรณ์วัดจะทำให้เกิดพื้นผิวสัมผัสของเฟสของสารละลายโลหะใหม่ ซึ่งก็คือ การปรากฏตัวของอิเล็กโทรดใหม่ที่มีความต่างศักย์ของตัวเองซึ่งส่งผลต่ออิเล็กโทรดที่วัดได้

อย่างไรก็ตาม สามารถวัดความแตกต่างได้ ?(ผม)- ?(p - p) โดยใช้เซลล์กัลวานิก เซลล์กัลวานิกเป็นระบบที่ประกอบด้วยอิเล็กโทรดสองขั้วที่แตกต่างกัน ซึ่งมีความสามารถในการแปลงพลังงานเคมีของปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกิดขึ้นในเซลล์นั้นไปเป็นพลังงานไฟฟ้าได้เองตามธรรมชาติ อิเล็กโทรดที่ประกอบเป็นเซลล์กัลวานิกเรียกว่าครึ่งเซลล์ ปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกิดขึ้นในเซลล์กัลวานิกจะถูกแยกออกจากกันในเชิงพื้นที่ ปฏิกิริยาครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชันเกิดขึ้นบนครึ่งเซลล์ที่เรียกว่าแอโนด (อิเล็กโทรดที่มีประจุลบ) และปฏิกิริยาครึ่งรีดักชันจะเกิดขึ้นบนแคโทด

แรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF) ของเซลล์กัลวานิกประกอบด้วยความแตกต่างในศักย์ไฟฟ้าภายในของอิเล็กโทรดที่เป็นส่วนประกอบ ดังนั้น หากเราใช้อิเล็กโทรดที่มีค่าที่ทราบของความต่างศักย์ภายในเป็นองค์ประกอบครึ่งหนึ่ง ?(ผม)- ?(สารละลาย) จากนั้นจึงสามารถใช้ค่าที่วัดได้ของ EMF เพื่อคำนวณความต่างศักย์ที่ต้องการของอิเล็กโทรดภายใต้การศึกษา

เพื่อจุดประสงค์นี้ เป็นเรื่องปกติที่จะใช้อิเล็กโทรดไฮโดรเจนมาตรฐาน (ปกติ) (ดูรูปที่ 1) ประกอบด้วยเพลตแพลตตินั่มหรือลวดเคลือบด้วยแพลตตินั่มแบล็ค (แพลตตินั่มชั้นดี) แช่ในสารละลายกรด C=1 โมล/ลิตร แรงดันไฮโดรเจนสูงกว่า 0.1 MPa (1 atm) ภายใต้อิทธิพลของตัวเร่งปฏิกิริยาของแพลตตินัมแบล็ก การเปลี่ยนแปลงรีดอกซ์แบบย้อนกลับได้เกิดขึ้นในอิเล็กโทรด ความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าภายในของอิเล็กโทรดไฮโดรเจนตามสูตรของ Nernst คือ:

รูปที่ 1 แบบแผนของอิเล็กโทรดไฮโดรเจนมาตรฐาน

ตั้งแต่ \u003d 1 mol / l และ p (H2 ) = 1 atm แล้ว

?(ผม)- ?(p - p) = ??0(2H+ /ชม 2).

การตัดสินใจของ International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) ถือว่าตามอัตภาพเป็นมูลค่า ??0(2H +/ชม 2) = 0.00 V. แน่นอน ในกรณีนี้ ค่าที่วัดได้ของ EMF ของเซลล์กัลวานิก ซึ่งรวมถึงอิเล็กโทรดไฮโดรเจน จะเท่ากับความแตกต่างในศักย์ภายในของอิเล็กโทรดที่สอง EMF นี้มักจะเรียกว่าศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดหรือศักย์ไฟฟ้ารีดอกซี และเขียนแทนด้วยตัวอักษร E การเปลี่ยนจากศักย์ภายในเป็นศักย์ไฟฟ้ารีดอกซีไม่ได้เปลี่ยนลักษณะของสูตร Nernst:

สำหรับอิเล็กโทรดส่วนใหญ่ ค่าศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดที่กิจกรรมเดี่ยวของรูปแบบออกซิไดซ์และรีดิวซ์ (E 0) วัดและระบุไว้ในหนังสืออ้างอิง

ภายใต้สภาวะปกติและการเปลี่ยนจากลอการิทึมธรรมชาติเป็นทศนิยม ปัจจัยก่อนลอการิทึมจะเท่ากับ 0.0591 และสูตรจะกลายเป็น

ควรจำไว้ว่าสูตร Nernst เกี่ยวข้องกับศักยภาพสมดุลกับกิจกรรม (ความเข้มข้น) ของคู่ redoxy นั่นคือ ศักยภาพที่ได้จากอิเล็กโทรดที่หุ้มฉนวน ดังนั้นสำหรับวงจรวิเคราะห์ การวัดศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดควรทำภายใต้สภาวะที่ใกล้เคียงที่สุดกับสภาวะสมดุล: ในกรณีที่ไม่มีกระแสในวงจรภายนอกของเซลล์กัลวานิกและหลังจากเวลาเพียงพอที่จะบรรลุสมดุล อย่างไรก็ตาม ในสภาพจริง กระแสสามารถไหลผ่านอิเล็กโทรดได้ ตัวอย่างเช่น กระแสไหลผ่านอิเล็กโทรดในเซลล์กัลวานิก ซึ่งการทำงานเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนผ่านของอนุภาคที่มีประจุผ่านอินเทอร์เฟซ "เฟสของสารละลาย-ของแข็ง" และการเคลื่อนที่โดยตรงของอนุภาคนี้เป็นกระแส กระแสจะไหลผ่านอิเล็กโทรดระหว่างอิเล็กโทรไลซิส ซึ่งหมายความว่าชุดของกระบวนการรีดอกซ์ที่เกิดขึ้นบนอิเล็กโทรดในสารละลายและการหลอมของอิเล็กโทรดอิเล็กโทรไลต์ภายใต้การกระทำของกระแสไฟฟ้าภายนอก ระหว่างอิเล็กโทรลิซิส กระบวนการที่ตรงข้ามกับที่เกิดขึ้นในเซลล์กัลวานิกสามารถทำได้

เมื่อกระแส (i) ไหลผ่านอิเล็กโทรด ศักย์ไฟฟ้าของกระแสจะเปลี่ยนและรับค่า Ei ซึ่งแตกต่างจากศักยภาพของอิเล็กโทรดในสภาวะสมดุล (แยก) Ep. กระบวนการเปลี่ยนศักยภาพจาก Ep เป็น EI และความแตกต่างของ EI-Ep เรียกว่า โพลาไรเซชัน

อี=อี-Ep. (5)

อิเล็กโทรดบางชนิดอาจไม่อยู่ภายใต้กระบวนการโพลาไรซ์ อิเล็กโทรดซึ่งศักย์ไฟฟ้าไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อกระแสไหลผ่านเรียกว่าโพลาไรซ์ไม่ได้และอิเล็กโทรดซึ่งมีลักษณะเป็นโพลาไรซ์เรียกว่าโพลาไรซ์ได้

อิเล็กโทรดที่ไม่สามารถโพลาไรซ์ได้ เช่น อิเล็กโทรดชนิด II และอิเล็กโทรดแบบโพลาไรซ์ได้รวมถึงอิเล็กโทรดโลหะและอมัลกัมทั้งหมด

1.3 โพเทนชิโอเมทรี

โพเทนชิโอเมทรีเป็นวิธีทางเคมีไฟฟ้าสำหรับการศึกษาและวิเคราะห์สาร โดยอาศัยการพึ่งพาศักย์ไฟฟ้าดุลยภาพในกิจกรรมของความเข้มข้นของไอออนที่กำหนด ซึ่งอธิบายโดยสมการ Nernst (1)

การพึ่งพาศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดกับธรรมชาติของกระบวนการอิเล็กโทรดและกิจกรรมของสารที่เกี่ยวข้องทำให้สามารถใช้การวัด EMF (วิธีโพเทนชิโอเมตริก) เพื่อค้นหาสัมประสิทธิ์กิจกรรมของอิเล็กโทรไลต์ ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน ค่าคงที่สมดุล ผลิตภัณฑ์ความสามารถในการละลาย , สารละลาย pH เป็นต้น ข้อดีของวิธีโพเทนชิโอเมตริกคือความแม่นยำ ความเที่ยงธรรม และความเร็ว

เป็นที่ทราบกันดีว่า

เป็นลักษณะสำคัญของการแก้ปัญหาและกำหนดความเป็นไปได้และลักษณะของปฏิกิริยาหลายอย่าง

การวัดค่า pH แบบโพเทนชิโอเมตริกขึ้นอยู่กับการใช้อิเล็กโทรดตัวบ่งชี้ที่เรียกว่าอิเล็กโทรด ซึ่งไฮโดรเจนไอออนมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาอิเล็กโทรด และศักย์ไฟฟ้าขึ้นอยู่กับค่า pH ด้วยการวัด EMF ขององค์ประกอบที่มีอิเล็กโทรดตัวบ่งชี้ด้วยสารละลายทดสอบ จึงสามารถคำนวณค่า pH ของสารละลายนี้ได้ อิเล็กโทรดที่มีศักยภาพที่รู้จักควรใช้เป็นอิเล็กโทรดที่สอง

องค์ประกอบ emf

ชม 2| วิธีแก้ปัญหา || KCl, Hg2 Cl 2| hg

วิธีโพเทนชิโอเมตริกในการกำหนด pH ช่วยให้คุณค้นหาค่า pH ของตัวกลางที่ขุ่นและมีสีได้ เมื่อใช้อิเล็กโทรดไฮโดรเจนเป็นตัวบ่งชี้ จะสามารถตรวจสอบค่า pH ของสารละลายได้หลากหลาย (ตั้งแต่ pH 1 ถึง pH 14) ข้อเสียคือความจำเป็นในการอิ่มตัวของอิเล็กโทรดด้วยไฮโดรเจนเป็นเวลานานเพื่อให้ได้สมดุล ไม่สามารถใช้ในที่ที่มีสารลดแรงตึงผิวและเกลือบางชนิดได้

โครงร่างขององค์ประกอบที่ใช้ในกรณีนี้มีดังนี้:

| hg 2Cl 2, KC l || สารละลายทดสอบ + ควินไฮโดรน | ปตท.

แรงเคลื่อนไฟฟ้าของมันคือ

(10)

วิธีการโพเทนชิโอเมตริกในการกำหนด pH ของสารละลายโดยใช้อิเล็กโทรด quinhydrone นั้นง่ายมาก ใช้ได้กับสารละลายที่มีค่า pH 1 ถึง 8 ในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง เช่นเดียวกับในที่ที่มีตัวออกซิไดซ์หรือตัวรีดิวซ์ อิเล็กโทรด quinhydrone ไม่เหมาะสม

อิเล็กโทรดแก้วที่เรียกว่ามักใช้เป็นอิเล็กโทรดตัวบ่งชี้ เป็นลูกบอลแก้วที่มีผนังบาง ซึ่งอยู่ภายในที่วางอิเล็กโทรดอ้างอิง เช่น ซิลเวอร์คลอไรด์ แก้วเป็นสารละลายซิลิเกต supercooled ที่มีไอออนบวกของโลหะอัลคาไลและแอนไอออนประเภท เบื้องต้น ลูกบอลแก้วจะถูกเก็บไว้ในสารละลายกรดแก่ โดยจะมีการแลกเปลี่ยนไอออนบวกระหว่างแก้วกับสารละลาย และแก้วจะอิ่มตัวด้วยไฮโดรเจนไอออน เมื่อวัดค่า pH อิเล็กโทรดแก้วและอิเล็กโทรดอ้างอิงอื่นจะถูกลดระดับลงในสารละลายทดสอบ ผลลัพธ์คือห่วงโซ่ต่อไปนี้:

ศักยภาพการกระโดด?1 ที่ส่วนต่อประสานระหว่างแก้วกับสารละลายโพแทสเซียมคลอไรด์ที่รวมอยู่ในอิเล็กโทรดอ้างอิงจะคงที่เนื่องจากความคงตัวของความเข้มข้นของสารละลายนี้ ศักยภาพการกระโดด?2 ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารละลายทดสอบและสามารถเขียนได้

(11)

ที่ไหน ?o และ m เป็นค่าคงที่สำหรับอิเล็กโทรดแก้วที่กำหนด โดยคำนึงถึงการกระโดดที่อาจเกิดขึ้นบนพื้นผิวกระจก เราได้รับ

(12)

(13)

ที่ไหน . จากที่นี่

(14)

ค่าคงที่สำหรับอิเล็กโทรดแก้วที่กำหนด ?° และ m ถูกกำหนดโดยการสำเร็จการศึกษาเบื้องต้น สำหรับสิ่งนี้ อิเล็กโทรดแก้วจะวางอยู่ในสารละลายบัฟเฟอร์หลายตัวที่มีค่า pH ที่ทราบและวัด EMF ของวงจร นอกจากนี้ ตามสูตร (14) จะพบค่า pH ของสารละลายที่ศึกษา

มาดูการพิจารณาสัมประสิทธิ์กิจกรรมของอิเล็กโทรไลต์กัน พิจารณาห่วงโซ่ความเข้มข้นสองเท่าโดยไม่มีการถ่ายโอนซึ่งมีสารละลายอิเล็กโทรไลต์สองชนิด:

Pt, H 2| HCl, AgCl | Ag | AgCl, HCl | H2 , ปตท

เอ1 เอ2

ที่ไหน เอ1 และ เอ2 - กิจกรรมไอออนิกเฉลี่ยของสารละลาย HCl สามารถใช้เพื่อกำหนดสัมประสิทธิ์กิจกรรมของ HCl แรงเคลื่อนไฟฟ้าของวงจรนี้คือ

(15)

การแทนที่ค่าตัวเลขของ R, F และ T = 298 K และการเปลี่ยนเป็นลอการิทึมทศนิยมให้

(16)

แทนที่ลงในสมการผลลัพธ์

(17)

ที่ไหน m 1- โมลาลิตีเฉลี่ย ?1- ค่าสัมประสิทธิ์กิจกรรมเฉลี่ยของอิเล็กโทรไลต์

เราโอนไปทางซ้ายของสมการตามปริมาณที่กำหนดโดยการทดลอง แล้วเราจะได้

(18)

โดยพิจารณาจากข้อเท็จจริงที่ว่าในกรณีจำกัดของสารละลายเจือจางอย่างอนันต์ ควรจะใกล้เคียงกับอุดมคติและ ?หนึ่ง ? 1 แล้ว B คือ

(19)

เราสร้างกราฟการพึ่งพา (หรือ ซึ่งสะดวกกว่า เพราะมันให้เส้นใกล้กับเส้นตรง) และคาดการณ์ ดังนั้นเราจึงกำหนด B แบบกราฟิก (รูปที่ 2)

รูปที่ 2 การหาค่าสัมประสิทธิ์กิจกรรมของอิเล็กโทรไลต์

ค่าสัมประสิทธิ์กิจกรรมคำนวณโดยสมการ

(20)

4 การวัดความนำไฟฟ้า

การวัดความนำไฟฟ้า- ชุดวิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมีตามการวัดค่าการนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์เหลว ซึ่งเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์

การวัดค่าการนำไฟฟ้า (conductometry) ช่วยให้สามารถแก้ปัญหาทางทฤษฎีและทางปฏิบัติได้หลายประการ การวัดดังกล่าวสามารถทำได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ ด้วยความช่วยเหลือของ conductometry คุณสามารถตรวจสอบค่าคงที่และระดับของการแตกตัวของอิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอ ความสามารถในการละลายและผลการละลายของสารที่ละลายได้เพียงเล็กน้อย ผลิตภัณฑ์ไอออนิกของน้ำ และปริมาณทางเคมีกายภาพอื่นๆ ในการผลิต การวัดค่าการนำไฟฟ้าจะใช้ในการเลือกสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงเพียงพอที่จะกำจัดต้นทุนด้านพลังงานที่ไม่ก่อให้เกิดผลผลิต เพื่อตรวจสอบปริมาณของสารที่ละลายได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ เพื่อควบคุมคุณภาพของของเหลวต่างๆ ฯลฯ โดยอัตโนมัติ

ในการไทเทรตแบบ conductometric ความคืบหน้าของปฏิกิริยาจะถูกตรวจสอบโดยการเปลี่ยนแปลงของค่าการนำไฟฟ้าหลังจากการเติมสารทำปฏิกิริยาสำหรับการไทเทรตแต่ละครั้ง ไม่ต้องใช้อินดิเคเตอร์และสามารถทำได้ในสื่อทึบแสง ในกระบวนการไทเทรตแบบ conductometric ไอออนของสารไทเทรตจะถูกแทนที่ด้วยไอออนของรีเอเจนต์ที่เพิ่มเข้ามา จุดสมมูลถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนแปลงค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ซึ่งอธิบายได้จากการเคลื่อนที่แบบต่างๆ ของไอออนเหล่านี้

ในรูป 3 แสดงเส้นโค้งการพึ่งพาของค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะ (x) บนปริมาตร V ของรีเอเจนต์ที่เพิ่มเข้ามา เมื่อกรดแก่ถูกไทเทรตด้วยเบสแก่หรือเบสแก่ที่มีกรดแก่ (เส้นโค้ง l) ค่าต่ำสุดจะถูกสร้างขึ้นบนกราฟการไทเทรต ซึ่งสอดคล้องกับการแทนที่ไฮโดรเจนหรือไฮดรอกซิลไอออนด้วยไอออนที่เคลื่อนที่ได้น้อยกว่าของเกลือที่ได้ เมื่อกรดอ่อนถูกไตเตรทด้วยเบสแก่หรือเบสอ่อนที่มีกรดแก่ (เส้นโค้ง 2) ความชันของเส้นโค้งจะเปลี่ยนที่จุดสมมูล ซึ่งอธิบายได้จากการแตกตัวของเกลือที่เกิดขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับการแตกตัว ของสารตั้งต้น ในกรณีของการไทเทรตของส่วนผสมของกรดแก่ (a) และกรดอ่อน (b) ที่มีเบสแก่ (เส้นโค้ง 3) จะสังเกตจุดสมมูลสองจุด

รูปที่ 3 กราฟการไตเตรทแบบวัดความนำไฟฟ้า

ด้วยความช่วยเหลือของตารางค่าการนำไฟฟ้าอิออนหรือโดยการวัด ?ที่ความเข้มข้นต่าง ๆ ของสารละลายและการอนุมานในภายหลังถึงความเข้มข้นเป็นศูนย์ เราสามารถหาได้ ?°. หากเราวัดค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายที่มีความเข้มข้นที่กำหนด จากนั้นตามสมการ

(22)

เราจะได้อัตราส่วน

(23)

รูปที่ 4 การวางแนวของโมเลกุลตัวทำละลายที่มีขั้วใกล้กับอิออนอิเล็กโทรไลต์

จากสมการ

(24) และ , (25)

สมมติว่า เราได้รับ

(26)

(27)

ยังคงต้องคำนึงว่าค่า ?เกิดจากอิเล็กโทรไลต์นี้เท่านั้นและไม่รวมถึงค่าการนำไฟฟ้าของตัวทำละลาย กล่าวคือ

5 คูลอมเมตริก

คูลอมเมตรี- วิธีการวิจัยทางไฟฟ้าเคมีโดยอาศัยการวัดปริมาณไฟฟ้า (Q) ที่ผ่านอิเล็กโทรไลเซอร์ระหว่างการเกิดออกซิเดชันทางเคมีไฟฟ้าหรือการลดลงของสารบนอิเล็กโทรดที่ทำงาน ตามกฎรวมของฟาราเดย์ มวลของสารที่แปลงด้วยไฟฟ้าเคมี (P) ในหน่วย g สัมพันธ์กับ Q ใน C โดยความสัมพันธ์:

(28)

โดยที่ M คือมวลโมเลกุลหรือมวลอะตอมของสาร n คือจำนวนอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงทางเคมีไฟฟ้าของหนึ่งโมเลกุล (อะตอม) ของสาร (M/n คือค่าเทียบเท่าเคมีไฟฟ้าของสาร) F คือค่าคงที่ของฟาราเดย์

Coulometry เป็นวิธีการวิจัยทางกายภาพและเคมีเพียงวิธีเดียวที่ไม่ต้องการตัวอย่างมาตรฐาน ความแตกต่างเกิดขึ้นระหว่างการไทเทรตคูลอมเมตริกโดยตรงและการไทเทรตคูลอมเมตริก ในกรณีแรก สารออกฤทธิ์ทางเคมีจะถูกกำหนด ในกรณีที่สอง โดยไม่คำนึงถึงกิจกรรมไฟฟ้าเคมีของตัววิเคราะห์ ตัวทำปฏิกิริยาเสริมที่ทำงานด้วยไฟฟ้าเคมีจะถูกแนะนำในสารละลายทดสอบ ผลิตภัณฑ์ของการเปลี่ยนแปลงทางเคมีไฟฟ้าซึ่งมีปฏิกิริยาทางเคมีกับ วิเคราะห์ในอัตราที่สูงและเชิงปริมาณ คูลอมเมตริกทั้งสองแบบสามารถดำเนินการได้ที่ค่าศักย์ไฟฟ้าคงที่ E ของอิเล็กโทรดทำงาน (โหมดโพเทนชิโอสแตติก) หรือที่กระแสอิเล็กโทรไลซิสคงที่ I เอ่อ (โหมดกระแสไฟฟ้า) คูลอมเมตริกโดยตรงที่ใช้บ่อยที่สุดที่ค่าคงที่ E และการไทเทรตคูลอมเมตริกที่ค่าคงที่ I เอ่อ . สำหรับการศึกษาคูลอมเมตริก ต้องเป็นไปตามเงื่อนไขต่อไปนี้: การเปลี่ยนแปลงทางเคมีไฟฟ้าของสารต้องดำเนินการอย่างมีประสิทธิภาพในปัจจุบัน 100% กล่าวคือ ไม่ควรมีกระบวนการทางเคมีไฟฟ้าและเคมีด้านข้าง เราต้องการวิธีที่เชื่อถือได้ในการกำหนดปริมาณไฟฟ้าและกำหนดโมเมนต์ของปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีหรือเคมีที่เสร็จสมบูรณ์ ในการวัดคูลอมเมทรีโดยตรง จะรับประกันประสิทธิภาพกระแสไฟ 100% หากค่าของ E คงที่ในบริเวณที่มีกระแสการแพร่แบบจำกัด I pr บนโวลแทมโมแกรมของสารที่วิเคราะห์ ในกรณีนี้ สารละลายที่วิเคราะห์ควรปราศจากสารแปลกปลอมที่สามารถแปลงสภาพด้วยไฟฟ้าเคมีได้ภายใต้สภาวะเดียวกัน ปริมาณไฟฟ้ามักจะถูกกำหนดโดยใช้ตัวรวมกระแสอิเล็กทรอนิกส์ บางครั้งพวกเขาใช้เครื่องมือที่มีความแม่นยำน้อยกว่า - คูลอมิเตอร์ประเภทต่างๆ รวมถึงวิธีการคำนวณและพลาโนเมตริก ในสองกรณีสุดท้าย ความสมบูรณ์ของอิเล็กโทรไลซิสถือเป็นช่วงเวลาที่ฉัน เอ่อ ลดลงเป็นค่าของพื้นหลังปัจจุบัน I ฉ ดังนั้นปริมาณไฟฟ้าที่ต้องใช้เพื่อทำให้ปฏิกิริยาอิเล็กโทรดสมบูรณ์เท่ากับความแตกต่าง Q เกี่ยวกับ -Q ฉ , โดยที่ Q เกี่ยวกับ คือปริมาณไฟฟ้าทั้งหมด Q ฉ - ปริมาณไฟฟ้าที่วัดภายใต้สภาวะเดียวกันสำหรับเวลาอิเล็กโทรไลซิสเดียวกัน t เอ่อ แต่ในกรณีที่ไม่มีตัววิเคราะห์ ถ้าปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีเป็นอันดับแรก ดังนั้น

(29)

(30)

ที่ฉัน t และฉัน o - กระแสอิเล็กโทรไลซิสตามลำดับ ณ เวลา t และ at ?\u003d 0 - พื้นที่ผิวอิเล็กโทรด - ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ของสารออกฤทธิ์ทางเคมีไฟฟ้า

?คือ ความหนาของชั้นการแพร่กระจาย คือ ปริมาตรของสารละลายในเซลล์

ระยะเวลาของอิเล็กโทรลิซิสไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นเริ่มต้นของสาร แต่จะลดลงอย่างเห็นได้ชัดเมื่ออัตราส่วน S/V เพิ่มขึ้นและการกวนสารละลายอย่างเข้มข้น เราสามารถพิจารณาอิเล็กโทรไลซิสเสร็จสมบูรณ์ได้เมื่อ I เอ่อ จะเท่ากับ 0.1 I 0หรือ 0.01 I 0(ขึ้นอยู่กับความถูกต้องของการวิเคราะห์ที่ต้องการ) ในวิธี planometric เพื่อสร้าง Q พื้นที่ใต้เส้นโค้ง I ถูกวัด ? - ?, เพราะ

(31)

ในวิธีการคำนวณ สมการสุดท้ายได้รับการแก้ไขโดยแทนที่นิพจน์สำหรับ I . ลงในสมการนั้น ?. เพื่อค้นหาฉัน 0และ K" สำหรับ I ?หาลอการิทึมและสร้างเส้นตรง lg I จากหลายจุด (5-7) ?-?ความชันเท่ากับ K" และจุดตัดกับแกน y สอดคล้องกับ lg I 0, เช่น. เพื่อกำหนด Q ไม่จำเป็นต้องดำเนินการอิเล็กโทรไลซิสจนถึงจุดสิ้นสุดและวัด I 0ซึ่งมีมูลค่าการทำซ้ำได้ไม่ดี

การติดตั้งสำหรับการวิจัยคูลอมเมตริกประกอบด้วยโพเทนชิโอมิเตอร์หรือกัลวาโนสแตต โพเทนชิออมิเตอร์สำหรับการบันทึกหรือตัวรวมกระแสไฟ อิเล็กโทรไลเซอร์ และระบบตัวบ่งชี้ (ในกรณีของการใช้วิธีการทางกายภาพและเคมีเพื่อสร้างจุดสิ้นสุดของปฏิกิริยาเคมีในการไทเทรตคูลอมเมตริก)

ตามกฎแล้วอิเล็กโทรไลเซอร์จะเป็นภาชนะแก้วซึ่งห้องแคโทดและแอโนดแยกจากกันด้วยไดอะแฟรม (เช่นทำจากแก้วที่มีรูพรุน) โลหะมีตระกูล (Pt, Au) อิเล็กโทรดประเภทที่สองและวัสดุคาร์บอน (กราไฟต์ คาร์บอนคล้ายแก้ว ฯลฯ) มักจะถูกใช้เป็นอิเล็กโทรดที่ใช้งานได้และอิเล็กโทรดเสริม (ปิดวงจรอิเล็กโทรลิซิส) สารละลายที่จุ่มอิเล็กโทรดทำงานมักจะกวนด้วยเครื่องกวนแม่เหล็ก หากจำเป็นให้ทำการทดลองในบรรยากาศก๊าซเฉื่อย

ข้อดีของการไทเทรตแบบคูลอมเมตริก: ไม่จำเป็นต้องกำหนดมาตรฐานของสารละลายไทแทรนต์ ไทแทรนต์ถูกเติมในส่วนที่เล็กมาก (เกือบต่อเนื่อง); สารละลายไม่เจือจาง เป็นไปได้ที่จะสร้างไทแทรนต์ที่ไม่ใช้งานทางเคมีไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น คอมเพล็กซ์ III เช่นเดียวกับตัวออกซิไดซ์ที่แรงและตัวรีดิวซ์ที่เสถียรอย่างอ่อน โดยเฉพาะ Mn(III), Pb(IV), Cr(II), V(II) ที(III).

6 โวลแทมเมทรี

Voltammetry- ชุดวิธีการวิจัยและวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมีโดยอิงจากการศึกษาการพึ่งพาความแรงของกระแสไฟฟ้าในเซลล์อิเล็กโทรไลต์ต่อศักยภาพของไมโครอิเล็กโทรดตัวบ่งชี้ที่แช่ในสารละลายที่วิเคราะห์ ซึ่งสารออกฤทธิ์ทางไฟฟ้าเคมีที่ตรวจสอบแล้วจะทำปฏิกิริยา

นอกจากตัวบ่งชี้แล้ว อิเล็กโทรดเสริมที่มีความไวสูงกว่ามากจะถูกวางไว้ในเซลล์เพื่อที่ว่าเมื่อกระแสไหลผ่าน ศักยภาพของอิเล็กโทรดจะไม่เปลี่ยนแปลง (อิเล็กโทรดที่ไม่สามารถโพลาไรซ์ได้) ความต่างศักย์ระหว่างตัวบ่งชี้และอิเล็กโทรดเสริม E อธิบายโดยสมการ

โดยที่ U คือแรงดันโพลาไรซ์ คือความต้านทานของสารละลาย

อิเล็กโทรไลต์ที่ไม่แยแส (พื้นหลัง) ถูกนำเข้าสู่สารละลายที่วิเคราะห์ด้วยความเข้มข้นสูง ลำดับแรก เพื่อลดค่าของ R และประการที่สอง เพื่อแยกกระแสการอพยพที่เกิดจากการกระทำของสนามไฟฟ้าต่อสารอิเล็กโทรแอกทีฟ (ล้าสมัย - ดีโพลาไรเซอร์) ที่ความเข้มข้นต่ำของสารเหล่านี้ IR แรงดันตกคร่อมโอห์มในสารละลายจะมีขนาดเล็กมาก เพื่อชดเชยแรงดันตกคร่อมโอห์มอย่างเต็มที่ เซลล์โพเทนชิออสเตตและสามอิเล็กโทรดที่มีอิเล็กโทรดอ้างอิงเพิ่มเติมจะถูกนำมาใช้ ในเงื่อนไขเหล่านี้

ในฐานะที่เป็นตัวบ่งชี้ไมโครอิเล็กโทรดจะใช้แบบอยู่กับที่และแบบหมุน - จากโลหะ (ปรอท, เงิน, ทอง, แพลตตินั่ม), วัสดุคาร์บอน (เช่นกราไฟต์) เช่นเดียวกับอิเล็กโทรดหยด (จากปรอท, อมัลกัม, แกลเลียม) หลังเป็นเส้นเลือดฝอยที่โลหะเหลวไหลหยดทีละหยด โวลต์แทมเมทรีโดยใช้อิเล็กโทรดหยดซึ่งมีศักยภาพในการเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆและเป็นเส้นตรงเรียกว่าโพลาโรกราฟี (วิธีการนี้เสนอโดย J. Geyrovsky ในปี 1922) อิเล็กโทรดอ้างอิงมักจะเป็นอิเล็กโทรดประเภทที่สอง เช่น คาโลเมลหรือซิลเวอร์คลอไรด์ เส้นโค้งการพึ่งพา I \u003d f (E) หรือ I \u003d f (U) (โวลแทมโมแกรม) ถูกบันทึกด้วยอุปกรณ์พิเศษ - โพลาโรกราฟของการออกแบบต่างๆ

รูปที่ 5. โวลแทมโมแกรมที่ได้จากอิเล็กโทรดดิสก์หมุน

โวลแทมเพอแกรมที่ได้จากการใช้อิเล็กโทรดหมุนหรือหยดโดยมีการเปลี่ยนแปลงแบบซ้ำซากจำเจ (การกวาดเชิงเส้น) ของแรงดันไฟฟ้ามีรูปแบบที่แสดงในรูปที่ 5 ส่วนของการเพิ่มขึ้นในปัจจุบันเรียกว่าคลื่น คลื่นสามารถเป็นขั้วบวกได้หากสารอิเล็กโทรแอกทีฟถูกออกซิไดซ์ หรือเป็นขั้วลบหากลดลง เมื่อสารออกซิไดซ์ (Ox) และรีดิวซ์ (สีแดง) ของสารมีอยู่ในสารละลาย ทำปฏิกิริยาค่อนข้างเร็ว (ย้อนกลับ) บนไมโครอิเล็กโทรด คลื่นแคโทด-แอโนดต่อเนื่องจะสังเกตพบบนโวลแทมโมแกรม ข้ามแกน abscissa ที่มีศักยภาพ สอดคล้องกับการลดการเกิดออกซิไดซ์ ศักยภาพของระบบ Ox/Red ในสภาพแวดล้อมที่กำหนด หากปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีบนไมโครอิเล็กโทรดช้า (ไม่สามารถย้อนกลับได้) โวลแทมโมแกรมจะแสดงคลื่นขั้วบวกของการเกิดออกซิเดชันของรูปแบบที่ลดลงของสารและคลื่นแคโทดิกของการลดรูปแบบออกซิไดซ์ (ที่ศักย์ไฟฟ้าเชิงลบมากกว่า) การก่อตัวของพื้นที่จำกัดกระแสบนโวลแทมโมแกรมนั้นสัมพันธ์กับอัตราการถ่ายโอนมวลที่จำกัดของสารอิเล็กโทรแอกทีฟไปยังพื้นผิวอิเล็กโทรดโดยการแพร่กระจายพาความร้อน (จำกัดกระแสการแพร่, ผม d ) หรือในอัตราที่จำกัดของการก่อตัวของสารอิเล็กโทรแอกทีฟจากส่วนประกอบที่กำหนดในสารละลาย กระแสดังกล่าวเรียกว่า จำกัดจลนศาสตร์ และความแข็งแรงเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของส่วนประกอบนี้

รูปคลื่นสำหรับปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีแบบย้อนกลับได้นั้นอธิบายโดยสมการ:

(33)

โดยที่ R คือค่าคงที่ของแก๊ส T คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ คือศักย์ครึ่งคลื่น กล่าวคือ ศักย์ไฟฟ้าเท่ากับครึ่งหนึ่งของความสูงของคลื่น ค่านี้เป็นคุณลักษณะของสารอิเล็กโทรแอกทีฟที่กำหนดและใช้เพื่อระบุสารดังกล่าว เมื่อปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีนำหน้าด้วยการดูดซับของสารที่วิเคราะห์บนพื้นผิวอิเล็กโทรด โวลแทมโมแกรมไม่แสดงคลื่นแต่แสดงยอด ซึ่งสัมพันธ์กับการพึ่งพาอาศัยอย่างมากของการดูดซับบนศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรด โวลแทมโมแกรมที่บันทึกระหว่างการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้น (การกวาด) ของศักย์ไฟฟ้าด้วยอิเล็กโทรดแบบอยู่กับที่หรืออิเล็กโทรดหยดหนึ่งหยดก็แสดงยอดเช่นกัน ซึ่งกิ่งก้านจากมากไปน้อยนั้นถูกกำหนดโดยการลดลงของชั้นใกล้อิเล็กโทรดของสารละลายด้วย สารออกฤทธิ์ทางไฟฟ้า ความสูงของพีคเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของสารอิเล็กโทรแอกทีฟ ในโพลาโรกราฟี กระแสการแพร่ที่จำกัด (เป็น μA) โดยเฉลี่ยตลอดอายุการหยดหนึ่งถูกอธิบายโดยสมการของอิลโควิช:

(34)

โดยที่ n คือจำนวนอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี C คือความเข้มข้นของสารอิเล็กโทรแอกทีฟ D คือค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ อายุการใช้งานของปรอทหยด m คืออัตราการไหลออกของปรอท

ใช้ Voltammetry: สำหรับการวิเคราะห์เชิงปริมาณของสารอนินทรีย์และอินทรีย์ในเนื้อหาที่หลากหลายมาก - จาก 10 -10 % ถึงสิบ %; เพื่อศึกษาจลนศาสตร์และกลไกของกระบวนการอิเล็กโทรด รวมถึงขั้นตอนของการถ่ายโอนอิเล็กตรอน ปฏิกิริยาเคมีก่อนหน้าและที่ตามมา การดูดซับของผลิตภัณฑ์เริ่มต้นและผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี ฯลฯ เพื่อศึกษาโครงสร้างของชั้นไฟฟ้าสองชั้น ความสมดุลของการก่อตัวที่ซับซ้อนในสารละลาย การก่อตัวและการแตกตัวของสารประกอบระหว่างโลหะในปรอทและบนพื้นผิวของอิเล็กโทรดที่เป็นของแข็ง เพื่อเลือกเงื่อนไขสำหรับการไทเทรตแบบแอมเพอโรเมตริก ฯลฯ

7 การวัดน้ำหนักด้วยไฟฟ้า

การวัดน้ำหนักด้วยไฟฟ้าเป็นวิธีการวิจัยทางเคมีไฟฟ้าโดยพิจารณาจากการพิจารณาการเพิ่มขึ้นของมวลของอิเล็กโทรดที่ทำงานเนื่องจากการปลดปล่อยส่วนประกอบที่กำหนดซึ่งเป็นผลมาจากอิเล็กโทรไลซิส โดยปกติ สารที่วิเคราะห์จะถูกสะสมเป็นโลหะ (หรือออกไซด์) บนแคโทดแพลตตินัมที่ชั่งน้ำหนักล่วงหน้า (หรือแอโนด) โมเมนต์ของการทำให้อิเล็กโทรไลซิสเสร็จสมบูรณ์ถูกตั้งค่าโดยใช้ปฏิกิริยาเชิงคุณภาพที่มีความละเอียดอ่อนเฉพาะกับไอออนที่กำลังหาค่า อิเล็กโทรดที่ใช้งานได้จะถูกล้าง ตากให้แห้ง และชั่งน้ำหนัก โดยความแตกต่างของมวลของอิเล็กโทรดก่อนและหลังอิเล็กโทรไลซิส จะกำหนดมวลของโลหะตกตะกอนหรือออกไซด์

ศักยภาพทางทฤษฎีของการตกตะกอนของโลหะที่ขั้วลบสามารถคำนวณได้จากศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน E 0. ตัวอย่างเช่น เมื่อ Cu(II) ถูกกำหนดในสารละลายที่เป็นกรด ปฏิกิริยาที่สอดคล้องกันจะเกิดขึ้นบนแคโทดแพลตตินัมและแอโนด:

ภายใต้สภาวะอิเล็กโทรลิซิส ศักย์ของแคโทดที่ 25 °C อธิบายโดยสมการของ Nernst:

(35)

ที่จุดเริ่มต้นของอิเล็กโทรไลซิส เมื่อพื้นผิวแคโทดไม่ได้ปกคลุมด้วยทองแดง a (Cu) เป็นค่าที่น้อยที่สุด เมื่อมีกระแสเพียงพอที่จะเติมทองแดงที่ผิวแคโทด a (Cu) จะเข้าใกล้ความสามัคคี ในทางปฏิบัติ เพื่อให้ปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีดำเนินไปในอัตราที่เห็นได้ชัดเจน ต้องใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าค่าศักย์การปล่อย E ที่คำนวณตามทฤษฎี เนื่องจากแรงดันออกซิเจนเกินที่แพลตตินั่มแอโนดและแรงดันตกคร่อมโอห์มมิกในเซลล์

Electrogravimetry เป็นวิธีการคัดเลือก: หากความเข้มข้นเริ่มต้นของส่วนประกอบเท่ากัน การแยกบนอิเล็กโทรดเป็นไปได้โดยมีความแตกต่างในศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดที่ 0.3 V (สำหรับไอออนที่มีประจุเดี่ยว) หรือ 0.1 V (สำหรับไอออนที่มีประจุสองเท่า ).

อิเล็กโทรไลซิสสามารถทำได้ที่แรงดันคงที่ระหว่างอิเล็กโทรด ที่กระแสคงที่ หรือที่ศักย์ไฟฟ้าที่ควบคุมได้ของอิเล็กโทรดที่ใช้งานได้ ในกรณีของการวัดน้ำหนักด้วยไฟฟ้าที่แรงดันคงที่ ศักยภาพของอิเล็กโทรดที่ใช้งานได้จะเปลี่ยนเป็นบริเวณที่เป็นลบมากขึ้นเนื่องจากการโพลาไรซ์ ผลที่ตามมาคือการเลือกลดลงเนื่องจากการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มเติม (การแยกโลหะอื่นหรือก๊าซ H 2). การวัดน้ำหนักคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแบบแปรผันนี้เหมาะสำหรับการตรวจวัดสารที่ลดลงอย่างง่ายดายในที่ที่มีสิ่งเจือปนที่ลดยากกว่า H ไอออน +. เมื่อสิ้นสุดอิเล็กโทรลิซิส จะปล่อยก๊าซ H ออกได้ 2. ถึงแม้ว่า ตรงกันข้ามกับคูลอมเมตรี ประสิทธิภาพของสารวิเคราะห์ในปัจจุบัน 100% ไม่จำเป็น แต่การปล่อย H 2มักจะนำไปสู่การก่อตัวของตะกอนที่มีคุณสมบัติทางกายภาพที่ไม่น่าพอใจ ดังนั้นจึงแนะนำให้นำสารเข้าสู่สารละลายที่วิเคราะห์ซึ่งลดขนาดได้ง่ายกว่าไอออน H +(ไฮดราซีน ไฮดรอกซีลามีน) จึงป้องกันการปล่อยH2 .

หากอิเล็กโทรไลซิสถูกดำเนินการที่ความแรงของกระแสคงที่ จำเป็นต้องเพิ่มแรงดันภายนอกที่ใช้กับเซลล์เป็นระยะเพื่อชดเชยการลดลงของกระแสที่เกิดจากโพลาไรซ์ความเข้มข้น ส่งผลให้การวิเคราะห์มีการคัดเลือกน้อยลง อย่างไรก็ตาม บางครั้ง มีความเป็นไปได้ที่จะจับไอออนบวกที่รบกวนเข้ากับสารประกอบเชิงซ้อนที่เสถียรซึ่งจะลดลงด้วยศักยภาพเชิงลบที่มากกว่าสารที่วิเคราะห์ หรือเพื่อกำจัดไอออนที่รบกวนในรูปของสารประกอบที่ละลายได้ต่ำไว้ล่วงหน้า วิธีการนี้ใช้ ตัวอย่างเช่น เพื่อกำหนด Cd ในสารละลายอัลคาไลน์ของไซยาไนด์ Co และ Ni ในสารละลายแอมโมเนียมซัลเฟต Cu ในส่วนผสมของกรดซัลฟิวริกและกรดไนตริก

Electrogravimetry เป็นที่รู้จักกันมาตั้งแต่ทศวรรษ 1860 และใช้เพื่อกำหนดโลหะที่ใช้ทำเหรียญในโลหะผสมและแร่ต่างๆ นี่เป็นวิธีการที่ไม่มีมาตรฐาน ซึ่งถือได้ว่าเป็นเวอร์ชันที่ง่ายที่สุดของคูลอมเมตริก ในแง่ของความแม่นยำและความสามารถในการทำซ้ำของผลลัพธ์ การวัดน้ำหนักด้วยน้ำหนักไฟฟ้าเกินวิธีอื่นๆ ในการกำหนดโลหะเช่น Сu, Sn, Pb, Cd, Zn แม้จะมีระยะเวลาสัมพัทธ์ของการทดลอง แต่การวัดความถ่วงน้ำหนักด้วยไฟฟ้ายังคงใช้ในการวิเคราะห์โลหะผสม โลหะ และสารละลายสำหรับอ่างอิเล็กโทรไลต์

2.ส่วนทดลองของวิธีวิจัยไฟฟ้าเคมี

1 การหาความเข้มข้นของกรดโดยการไทเทรตแบบนำไฟฟ้า

วัตถุประสงค์ของงานห้องปฏิบัติการ:การหาความเข้มข้นของกรดอะซิติกและกรดไฮโดรคลอริกโดยการไทเทรตแบบ conductometric

อุปกรณ์และรีเอเจนต์:โมดูลห้องปฏิบัติการทั่วไป คอมพิวเตอร์ บิวเรตต์ โมราปิเปตสำหรับ 5 และ 10 มล. สารละลาย: 0.1 N สารละลาย NaOH, HCl และ CH 3COOH ไม่ทราบความเข้มข้น

ความคืบหน้า

การไทเทรตแบบ conductometric เกี่ยวข้องกับการทดลองสองอย่าง:

ประสบการณ์ #1

ติดตั้งบิวเรตต์และบีกเกอร์ เทสารละลายกรดไฮโดรคลอริก 10 มล. ลงในแก้วที่อยู่ในเซ็นเซอร์ของอุปกรณ์ด้วยปิเปต Mohr ระดับสารละลายในบีกเกอร์ควรสูงกว่าอิเล็กโทรดและเซ็นเซอร์ด้านบน 3-5 มม. เจือจางสารละลายด้วยน้ำ เปิดเครื่องกวนแม่เหล็ก เติมบิวเรตต์ด้วยสารละลาย 0.1 N นาโอเอช เราทำการวัดโดยใช้โมดูลห้องปฏิบัติการทั่วไปที่เชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล

เคมีกระบวนการ

การประมวลผลผลลัพธ์

1)ในระหว่างการวัด คอมพิวเตอร์จะวัดค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายที่กำหนด ซึ่งสรุปไว้ในตารางที่ 1

ตารางที่ 1. การพึ่งพาการนำไฟฟ้าตามปริมาตรของด่างที่ใช้สำหรับการไทเทรตกรดไฮโดรคลอริก

วี(NaOH), ml0246891010.51112131415L, mS9.2929.329.29599.2789.2719.269.259.2419.219.1359.2489.256

)เราสร้างกราฟของการพึ่งพาการนำไฟฟ้าตามปริมาตรของด่างที่ใช้สำหรับการไทเทรตกรดไฮโดรคลอริก (รูปที่ 6)

รูปที่ 6 การพึ่งพาการนำไฟฟ้าต่อปริมาตรของด่างที่ใช้สำหรับการไทเทรตกรดไฮโดรคลอริก

Veq (NaOH) = 13 มล.

4)โดยใช้กฎการเทียบเท่า เราคำนวณความเข้มข้นของกรดไฮโดรคลอริก:

จากที่นี่ (37)

ประสบการณ์ #2

การทดลองดำเนินการกับสารละลายกรดอะซิติก 5 มล. การดำเนินการเพิ่มเติมจะเหมือนกับในการทดสอบครั้งก่อน

เคมีกระบวนการ

การประมวลผลผลลัพธ์

1)ในระหว่างการวัด คอมพิวเตอร์จะวัดค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายที่กำหนด ซึ่งสรุปไว้ในตารางที่ 2

ตารางที่ 2 การพึ่งพาการนำไฟฟ้าตามปริมาตรของด่างที่ใช้สำหรับการไทเทรตกรดอะซิติก

V(NaOH), ml012344.555.5678910L, mSm6.63.84.65.76.67.08.08.38.58.99.09.19.2

)เราสร้างกราฟของการพึ่งพาการนำไฟฟ้าตามปริมาตรของด่างที่ใช้สำหรับการไทเทรตกรดอะซิติก (รูปที่ 7)

รูปที่ 7 การพึ่งพาการนำไฟฟ้ากับปริมาตรของด่างที่ใช้สำหรับการไทเทรตกรดอะซิติก

3)เราพบจุดสมมูลบนกราฟ:

Veq (NaOH) = 5 มล.

)โดยใช้กฎการเทียบเท่า เราคำนวณความเข้มข้นของกรดอะซิติก:

บทสรุป

ในระหว่างงานนี้ เราได้กำหนดความเข้มข้นของกรดไฮโดรคลอริกและกรดอะซิติกโดยการไทเทรตแบบ conductometric:

2 การไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริก

เป้า: เพื่อทำความคุ้นเคยกับวิธีการไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริก กำหนดจุดสมมูลเมื่อไทเทรตกรดแก่ที่มีเบสแก่ กรดอ่อนที่มีเบสแก่

อุปกรณ์: เครื่องวัดค่า pH อิเล็กโทรดแก้ว อิเล็กโทรดซิลเวอร์คลอไรด์ บีกเกอร์ 100 มล. 0.1 N สารละลาย HC1; CH 3COOH; 0.5 น. สารละลาย KOH; บิวเรต, เครื่องกวนแม่เหล็ก

ความคืบหน้า

ประสบการณ์ #1

เทสารละลาย 0.1 นิวตัน 15 มล. ลงในแก้วโดยใช้ปิเปต กรดไฮโดรคลอริก ลดตัวเลื่อน วางแก้วบนเครื่องกวนแม่เหล็ก และเปิดเครื่องหลังจากลดขั้วไฟฟ้าลง (ตรวจสอบให้แน่ใจว่าอิเล็กโทรดแก้วไม่ได้สัมผัสตัวเลื่อน)

ตำแหน่งปิดของเครื่องวัดค่า pH "-1-14" และ "0-t" ถูกกด หากต้องการเปลี่ยน ให้กดปุ่ม "pH" และลบค่าที่ระดับล่างออก จากนั้นเติมสารละลาย 0.1 N. ด่าง 1-3 มล. และแก้ไขค่า pH เราตั้งค่าไมโครบิวเรตเพื่อให้อัลคาไลไหลออกมาเป็นหยด เมื่อเข้าใกล้จุดสมมูล เราจะเติมด่างในปริมาณที่น้อยมาก แก้วระหว่างการทดลองใช้เครื่องกวนแม่เหล็ก และกวนสารละลายอย่างต่อเนื่อง

หลังจากการเปลี่ยนแปลงค่า pH ของสารละลายอย่างรวดเร็ว เราเติมอัลคาไลจำนวนเล็กน้อยและแก้ไขค่า pH อย่างต่อเนื่อง

เคมีกระบวนการ

การประมวลผลผลลัพธ์

1)จากการทดลองนี้ เราได้รับผลลัพธ์ดังต่อไปนี้:

ตารางที่ 3 การขึ้นกับค่า pH ของปริมาตรของด่างที่ใช้สำหรับการไทเทรตกรดอะซิติก

วี(KOH), ml12345678910pH4.004.154.154.004.204.304.294.945.004.91

ความต่อเนื่องของตาราง 3

วี(KOH), ml

)จากข้อมูลที่ได้รับ เราพล็อตการพึ่งพาค่า pH กับปริมาตรของอัลคาไลที่ใช้สำหรับการไทเทรต (รูปที่ 8)

รูปที่ 8 กราฟการไทเทรตสำหรับกรดไฮโดรคลอริก

)ตามกราฟ (รูปที่ 8) เราจะกำหนดจุดสมมูล

วี เท่ากับ (NaOH) = 16.5 มล.

ประสบการณ์ #2

เราทำการไทเทรตที่คล้ายกันด้วย 0.1 N CH3 ซีโอเอช.

เคมี

การประมวลผลผลลัพธ์

1)จากผลการทดลองนี้ เราได้รับข้อมูลต่อไปนี้:

ตารางที่ 4. การขึ้นกับค่า pH ของปริมาตรของด่างที่ใช้สำหรับการไทเทรตกรดอะซิติก

วี(KOH), ml

)จากข้อมูลที่ได้รับ เราพล็อตการพึ่งพาค่า pH กับปริมาตรของอัลคาไลที่ใช้สำหรับการไทเทรต (รูปที่ 9)

รูปที่ 9 กราฟการไทเทรตกรดอะซิติก

)จากกราฟ (รูปที่ 9) เราจะกำหนดจุดสมมูล เท่ากับ (NaOH) = 14.2 มล.

บทสรุป

ในการทำงานนี้ เราได้กำหนดจุดสมมูลของสารละลายกรดไฮโดรคลอริกและกรดอะซิติกโดยวิธีการไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริก

จุดสมมูลสำหรับสารละลายกรดไฮโดรคลอริก:

วี เท่ากับ (NaOH) = 16.5 มล.

จุดสมมูลสำหรับสารละลายกรดอะซิติก: เท่ากับ (NaOH) = 14.2 มล.

3 อิเล็กโทรลิซิส

วัตถุประสงค์: การหาค่าเทียบเท่าไฟฟ้าเคมีของทองแดง

อุปกรณ์: วงจรเรียงกระแส, แอมมิเตอร์, อาบด้วยอิเล็กโทรไลต์และอิเล็กโทรดทองแดงสองอัน, นาฬิกาจับเวลา, เครื่องชั่งเชิงวิเคราะห์, สารละลาย CuSO 5% 4,สายไฟสำหรับติดเครื่อง

ความคืบหน้า

เทียบเท่าเคมีไฟฟ้า - ปริมาณของสารที่ผ่านการเปลี่ยนรูปทางเคมีที่อิเล็กโทรดเมื่อหน่วยของไฟฟ้าถูกส่งผ่าน โดยมีเงื่อนไขว่าไฟฟ้าที่ผ่านทั้งหมดจะถูกใช้ไปกับการเปลี่ยนแปลงของสารนี้เท่านั้น

(38)

โดยที่ E คือค่าเทียบเท่าไฟฟ้าเคมี

?คือมวลโมลาร์ของสารประกอบ

?q คือจำนวนอิเล็กตรอนที่จำเป็นสำหรับการเปลี่ยนแปลงทางเคมีไฟฟ้าของหนึ่งโมเลกุลของสารประกอบนี้

มวลโมลาร์ที่เทียบเท่ากับสารที่ผ่านการเปลี่ยนรูปทางเคมีที่ขั้วไฟฟ้า (Meq ) เท่ากับ:

(39)

โดยที่ m คือมวลของสารที่สะสม

F - ค่าคงที่ของฟาราเดย์

ฉัน - ความแรงในปัจจุบัน

t คือเวลาที่กระแสไหล

เพื่อหาค่าเทียบเท่าไฟฟ้าเคมี E เราประกอบอุปกรณ์ที่กระแสจากแหล่งกำเนิดถูกส่งผ่านวงจรเรียงกระแสและอ่างอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งเป็นแอมมิเตอร์ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม เมื่อเปิดเครื่อง ทองแดงจะถูกปล่อยบนอิเล็กโทรดทองแดง ซึ่งเป็นแคโทด แอโนดซึ่งทำจากทองแดงก็ละลายเช่นกัน เพื่อให้ทองแดงถูกสะสมบนแคโทด สร้างชั้นที่หนาแน่นและไม่ลอกออกระหว่างการทดลอง ทำให้ผลลัพธ์บิดเบี้ยว คุณควรใช้กระแสไฟไม่เกิน 0.05 A ต่อ 1 ซม. 2พื้นผิวแคโทด เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ก่อนเริ่มการทดลอง ใช้ไม้บรรทัดมิลลิเมตร กำหนดพื้นผิวของแคโทดและคำนวณกระแสสูงสุดที่อนุญาต

ก่อนเริ่มการทดลอง แคโทดจะถูกแช่ในสารละลายกรดไนตริก 20-30% เป็นเวลา 1-2 วินาที จากนั้นล้างด้วยน้ำกลั่นอย่างทั่วถึง

ในระหว่างการทำงาน เป็นสิ่งสำคัญที่จะไม่สัมผัสพื้นผิวของแคโทดที่แช่อยู่ในอิเล็กโทรไลต์เพราะ แม้แต่ร่องรอยของไขมันเพียงเล็กน้อยก็บั่นทอนการยึดเกาะของคอปเปอร์แคโทด

หลังจากนั้นเราแก้ไขแคโทดในโวลต์มิเตอร์ซึ่งเราเติมด้วยสารละลาย CuSO 4. แคโทดจะถูกลบออกจากอ่างอิเล็กโทรไลต์ ล้างด้วยน้ำกลั่น ทำให้แห้งและชั่งน้ำหนักด้วยเครื่องชั่งเชิงวิเคราะห์ หลังจากนั้นแคโทดจะถูกติดตั้งอีกครั้งในอ่างที่มีอิเล็กโทรไลต์และดำเนินการทดลองต่อไป ในเวลาเดียวกันให้เปิดเครื่องปัจจุบันและเริ่มจับเวลา การทดลองดำเนินต่อไปเป็นเวลา 40-50 นาที ในเวลาเดียวกันให้ปิดปัจจุบันและหยุดนาฬิกาจับเวลา แคโทดจะถูกลบออกจากอิเล็กโทรไลต์ ล้างด้วยน้ำกลั่น แห้งและชั่งน้ำหนัก

ระหว่างอิเล็กโทรไลซิส เกิดปฏิกิริยาเคมีต่อไปนี้:

)การแยกตัวของสารละลายคอปเปอร์ (II) ซัลเฟต:

2)ปฏิกิริยารีดอกซ์ต่ออิเล็กโทรด:

การประมวลผลผลลัพธ์

1)จากผลงานในห้องปฏิบัติการนี้ เราได้รับข้อมูลดังต่อไปนี้ (ตารางที่ 5):

ตารางที่ 5. ข้อมูลเกี่ยวกับงานห้องปฏิบัติการที่ดำเนินการ

ความแรงของกระแส (I), A1.8 เวลาที่กระแสไหล (t), s2527 น้ำหนักของแคโทดก่อนการทดลอง แสดงเป็นมวล g24.42 น้ำหนักของแคโทดหลังการทดลอง แสดงเป็นมวล g25.81 น้ำหนักของสารที่สะสม แสดงเป็นมวล (m ), r1.39 2)การคำนวณเทียบเท่าไฟฟ้าเคมี:

)การคำนวณเทียบเท่ามวลโมลาร์ ข้อผิดพลาดแบบสัมบูรณ์และแบบสัมพัทธ์:

บทสรุป.

ในการดำเนินการนี้ เราได้กำหนดค่าเทียบเท่าไฟฟ้าเคมีของทองแดง มวลโมลาร์ของค่าเทียบเท่าทองแดง ตลอดจนข้อผิดพลาดสัมบูรณ์และค่าสัมพัทธ์

2.4 การหาค่าศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรด

วัตถุประสงค์: วัดศักยภาพของอิเล็กโทรดทองแดงและสังกะสีในสารละลายของเกลือของกิจกรรมต่างๆ เปรียบเทียบค่าศักย์ที่วัดได้กับการคำนวณโดยใช้สมการของ Nernst

อุปกรณ์: เครื่องวัด pH, อิเล็กโทรดทองแดง, อิเล็กโทรดสังกะสี, อิเล็กโทรดซิลเวอร์คลอไรด์, หลอดรูปตัวยูพร้อมสารละลาย KCl อิ่มตัว, กระดาษทราย, สารละลาย CuSO 4และ ZnSO 4ที่มีความเข้มข้นต่างกัน

ความคืบหน้า

ในการวัดศักยภาพของประเภทที่ 1 เราประกอบวงจรที่ประกอบด้วยอุปกรณ์วัด อิเล็กโทรดที่วัดได้ และอิเล็กโทรดอ้างอิง อันที่จริง เราวัด EMF ของเซลล์กัลวานิก

| AgCl, KCl || CuSO4 | ลูกบาศ์ก;

Zn | ZnSO4 || KCl, AgCl | Ag.

ศักยภาพของอิเล็กโทรดซิลเวอร์คลอไรด์ (อิเล็กโทรดชนิดที่ 2) นั้นคงที่ ขึ้นอยู่กับกิจกรรมของไอออน Cl และเท่ากับ Ag | AgCl (สารละลายอิ่มตัวของ KC1) = 0.2 V เป็นอิเล็กโทรดอ้างอิง

เพื่อขจัดศักยภาพการแพร่กระจาย เราใช้บริดจ์ที่เต็มไปด้วยสารละลาย KCl ที่อิ่มตัว

เราใช้เครื่องวัดค่า pH เพื่อวัดศักยภาพ เราเชื่อมต่ออิเล็กโทรดซิลเวอร์คลอไรด์กับซ็อกเก็ตพิเศษ "อิเล็กโทรดอ้างอิง" (บนแผงหน้าปัด VSP) และอิเล็กโทรดการวัดผ่านปลั๊กพิเศษกับซ็อกเก็ต "meas - 1", "meas - 2"

กระบวนการเคมี

สำหรับเซลล์กัลวานิก Ag | AgCl, KCl || CuSO4 | ลูกบาศ์ก:

สำหรับเซลล์กัลวานิก Zn | ZnSO4 || KCl, AgCl | Ag:

การประมวลผลผลลัพธ์

1)จากการวัดศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดทองแดงที่กิจกรรมต่างๆ ของ Cu ions 2+เราได้รับข้อมูลต่อไปนี้:

¾ สำหรับอิเล็กโทรดทองแดง (ตารางที่ 6):

ตารางที่ 6. ข้อมูลห้องปฏิบัติการสำหรับอิเล็กโทรดทองแดง

?การวัด, VSn, โมล * equiv-1 * l-1 ?lg a ?แคล, B0.2100.10.38-1.72120.28622300.3510.20.36-1.44370.2944110.3600.50.25-1.20410.3014780.3611.00.23-0.93930, 309291

¾ สำหรับอิเล็กโทรดสังกะสี (ตารางที่ 7):

ตารางที่ 6. ข้อมูลห้องปฏิบัติการสำหรับอิเล็กโทรดสังกะสี

?การวัด, VSn, โมล * equiv-1 * l-1 ?lg a ?คำนวณแล้ว V-0.0650.10.25-1.9031-0.81914-0.0650.20.28-1.5528-0.80881-0.0290.50.38-1.0223-0, 79316-0.0501.00.40-0.6990-0.78362

2) เราพล็อตการพึ่งพาศักย์ไฟฟ้าบน lg a (Cu2+)

¾ สำหรับอิเล็กโทรดทองแดง (รูปที่ 10):

รูปที่ 10 การพึ่งพาศักย์ไฟฟ้าบนลอการิทึมของกิจกรรมของไอออนทองแดง (II)

¾ สำหรับอิเล็กโทรดสังกะสี (รูปที่ 11):

รูปที่ 11 การพึ่งพาศักย์ไฟฟ้าบนลอการิทึมของกิจกรรมของไอออนสังกะสี

.เราคำนวณศักยภาพของอิเล็กโทรดตามสมการ Nernst (1):

¾ สำหรับอิเล็กโทรดทองแดง:

¾ สำหรับอิเล็กโทรดสังกะสี:

บทสรุป: ในระหว่างงานนี้ เราวัดศักยภาพของอิเล็กโทรดทองแดงและสังกะสีที่ความเข้มข้นต่างๆ ของ CuSO 4และ ZnSO 4ตามลำดับ และยังคำนวณศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดเหล่านี้ตามสมการของ Nernst ซึ่งได้ข้อสรุปว่าด้วยความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้น ศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดทองแดงและสังกะสีจะเพิ่มขึ้น

5 การหาค่า EMF ของเซลล์กัลวานิก

วัตถุประสงค์: เพื่อกำหนด EMF ของเซลล์กัลวานิก

อุปกรณ์: อิเล็กโทรดสังกะสีและทองแดง, สารละลาย CuSO 4และ ZnSO 4, อิเล็กโทรดซิลเวอร์คลอไรด์, เครื่องวัดค่า pH, กระดาษทราย, หลอด U พร้อมสารละลาย KC1 อิ่มตัว, 0.1N. และ 1น. สารละลาย CuSO 4, 0.1น. และ 1น. สารละลาย ZnSO4 ,

ความคืบหน้า

เทสารละลาย CuSO ครึ่งหนึ่งลงในแก้วสองใบ 4และ ZnSO 4. ในตอนแรกเราวางอิเล็กโทรดที่ทำจากทองแดงในส่วนที่สองของสังกะสี

อิเล็กโทรดถูกทำความสะอาดล่วงหน้าด้วยกระดาษทรายและล้าง เราเชื่อมต่อสายไฟเข้ากับเครื่องวัดค่า pH ที่แผงด้านหลังเข้ากับอินพุต "เปลี่ยน 1" และ "El. เปรียบเทียบ." เราปิดวงจรภายนอกด้วยหลอดรูปตัวยูที่เต็มไปด้วยสารละลายอิ่มตัวของ KCl ในวุ้นวุ้น

ก่อนการวัด อุปกรณ์จะอุ่นเครื่องเป็นเวลา 30 นาที เมื่อประกอบวงจรแล้ว เราจะดำเนินการวัดโดยกดปุ่ม "mV" และดูการอ่านค่าของอุปกรณ์ในระดับล่าง "1-14" สำหรับการกำหนด EMF ที่แม่นยำยิ่งขึ้น ให้กดปุ่มสำหรับช่วงที่ต้องการ ในการแปลงค่าที่วัดได้เป็นโวลต์ ตัวเศษของค่าจะถูกคูณด้วย 0.1

ในการทำงาน เราวัด EMF ขององค์ประกอบในสารละลายที่มีความเข้มข้น 1N และ 0.1n และเปรียบเทียบข้อมูลเหล่านี้กับการคำนวณ เราพบข้อผิดพลาดแบบสัมบูรณ์และแบบสัมพัทธ์

กระบวนการเคมี

สำหรับเซลล์กัลวานิกที่กำหนด

| ZnSO4 || KCl, AgCl | Ag

ปฏิกิริยาต่อไปนี้เป็นเรื่องปกติ:

สมการโดยรวมของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในเซลล์กัลวานิกทองแดง-สังกะสี:

การประมวลผลผลลัพธ์

1)จากผลงานนี้ เราได้รับผลลัพธ์ดังต่อไปนี้ (ตารางที่ 6):

ตารางที่ 6. ข้อมูลเกี่ยวกับงานห้องปฏิบัติการที่ดำเนินการ

โซลูชั่น ?ism, V ?คำนวณ, ข้อผิดพลาด VRelative, %0.1n. CuSO4 และ 0.1n ZnSO41.0871.0991.0921n. CuSO4 และ 0.1n ZnSO41.0821.0931.0061n. CuSO4 และ 1n. ZnSO41.0601.070.935

)เราคำนวณ EMF:

ศักยภาพคำนวณตามสมการ Nernst (1) ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานได้มาจากข้อมูลอ้างอิง

สำหรับสารละลาย 0.1N. CuSO 4 และ 0.1n ZnSO 4:

สำหรับการแก้ปัญหาของ 1N. CuSO 4 และ 0.1n ZnSO 4:

สำหรับการแก้ปัญหาของ 1N. CuSO 4 และ 1น. ZnSO 4:

บทสรุป: ในงานนี้ เราได้กำหนด EMF ของเซลล์กัลวานิกในสารละลายที่มีความเข้มข้นต่างๆ:

ที่ความเข้มข้น 0.1N. CuSO4 และ 0.1n ZnSO4,

ที่ความเข้มข้น 1N. CuSO4 และ 0.1n ZnSO4,

ที่ความเข้มข้น 1N. CuSO4 และ 1n. ZnSO4;

และยังกำหนดข้อผิดพลาดสัมพัทธ์: 1.092%, 1.006%, 0.935% ตามลำดับ จึงสรุปได้ว่าด้วยการเพิ่มความเข้มข้นของ E.D.S. ที่เซลล์กัลวานิกลดลง

บทสรุป

ในบทความนี้ เราได้ทบทวนวิธีหลักของการวิจัยไฟฟ้าเคมี วิเคราะห์การจำแนกประเภท กระบวนการทางเคมีไฟฟ้าหลัก และพิสูจน์ความเกี่ยวข้องของวิธีการเหล่านี้ งานส่วนใหญ่ทุ่มเทให้กับคำอธิบายของกระบวนการอิเล็กโทรด ได้ทำการศึกษาโพเทนชิโอเมตรี การนำไฟฟ้า คูลอมเมตรี โวลแทมเมทรี และการวัดน้ำหนักด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ในการวิจัยเชิงปฏิบัติ เราได้ดำเนินการ: การหาความเข้มข้นของกรดที่ไม่รู้จักโดยการไทเทรตแบบ conductometric การหาจุดสมมูลของสารละลายกรดไฮโดรคลอริกและกรดอะซิติกโดยการไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริก การหาค่าเทียบเท่าไฟฟ้าเคมีของทองแดง การหาค่าศักย์ไฟฟ้า ของอิเล็กโทรดทองแดงและสังกะสี และการหา EMF ของเซลล์กัลวานิก

เราเชื่อมั่นในความเร็วและความแม่นยำของวิธีการเหล่านี้ แต่จากประสบการณ์ของเราเอง เราได้เปิดเผยข้อเสียที่สำคัญบางประการ: เพื่อให้ได้ข้อมูลที่ถูกต้อง จำเป็นต้องมีการปรับที่แม่นยำมาก และการสอบเทียบเครื่องมือ ผลลัพธ์ที่ได้ขึ้นอยู่กับหลากหลาย ปัจจัยภายนอก (ความดัน อุณหภูมิ ฯลฯ) และสภาวะอื่นๆ อาจแตกต่างกันอย่างมาก เช่นเดียวกับความเปราะบางและต้นทุนของอุปกรณ์สูง

ทว่าสิ่งเหล่านี้ยังห่างไกลจากวิธีการวิจัยทางเคมีไฟฟ้าที่เป็นที่รู้จักทั้งหมด วิธีการทั้งหมดข้างต้นเป็นเพียงส่วนเล็ก ๆ ของวิธีการวิจัยไฟฟ้าเคมีที่ใช้ในวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในทุกอุตสาหกรรมโดยที่พวกเขาไม่สามารถดำรงอยู่หรือการพัฒนาต่อไปของอารยธรรมได้ แม้จะมีอายุมาก แต่วิธีการวิจัยทางเคมีไฟฟ้ากำลังอยู่ระหว่างการพัฒนาอย่างรวดเร็วและมีแนวโน้มที่ดีในอนาคต ตามการคาดการณ์ของนักวิทยาศาสตร์ชั้นนำจำนวนหนึ่ง บทบาทของพวกเขาจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

ยังคงเป็นเพียงการมีส่วนร่วมในทุกวิถีทางที่เป็นไปได้ในการพัฒนาในทิศทางนี้ และบางทีในอนาคตเราจะค้นพบความลับและขอบเขตของการประยุกต์ใช้วิธีการวิจัยไฟฟ้าเคมีที่เราฝันถึงเท่านั้น

บรรณานุกรม

Agasyan P.K., Khamrakulov T.K. วิธีการวิเคราะห์คูลอมเมตริก มอสโก: เคมี. 2553. 168 น.

Brainina H.Z. , Neiman E.Ya. ปฏิกิริยาโซลิดสเตตในเคมีไฟฟ้าวิเคราะห์ มอสโก: เคมี. 2552. 264 น.

Galius Z. รากฐานทางทฤษฎีของการวิเคราะห์ไฟฟ้าเคมี: แปลจากภาษาโปแลนด์ มอสโก: Mir. 2517 552 น.

Geyrovsky J. , Kuta J. พื้นฐานของโพลาโรกราฟี: แปลจากภาษาเช็ก เรียบเรียงโดย S.G. ไมรานอฟสกี มอสโก: Mir. 2508 559 น.

โกลิคอฟ จีเอ คู่มือเคมีกายภาพ: ตำราสำหรับมหาวิทยาลัยเฉพาะทางเทคโนโลยีเคมี มอสโก: โรงเรียนมัธยม. 2551. 383 น.

Zozulya A.N. การวิเคราะห์คูลอมเมตริก ฉบับที่ 2 เลนินกราด: เคมี 2511 160 น.

คนอร์ ดี.จี., แอล.เอฟ. ครีลอฟ. เทียบกับ นักดนตรี เคมีกายภาพ: หนังสือเรียนสำหรับภาควิชาชีววิทยาของมหาวิทยาลัยและมหาวิทยาลัยครุศาสตร์ ฉบับที่ 2 มอสโก: โรงเรียนมัธยม. 1990. 416 น.

เลวิน เอ.ไอ. พื้นฐานทางทฤษฎีของไฟฟ้าเคมี มอสโก: Metallurgizdat. 2506 432 น.

ลพริน บี.เอ. พื้นฐานทางทฤษฎีของวิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมี มอสโก: โรงเรียนมัธยม. 2518 295 น.

Plembek D. วิธีการวิเคราะห์ทางเคมีไฟฟ้า: พื้นฐานของทฤษฎีและการประยุกต์ใช้ มอสโก: Mir. 2552. 496 น.

Solovyov Yu.I. ประวัติศาสตร์เคมี: พัฒนาการของเคมีตั้งแต่สมัยโบราณจนถึงปลายศตวรรษที่ 19 คู่มือสำหรับครู ฉบับที่ 2 มอสโก: การตรัสรู้. 2550. 368 น.

Figurovsky N.A. ประวัติเคมี: หนังสือเรียนสำหรับนักศึกษาสถาบันสอนพิเศษเฉพาะทางเคมีและชีวภาพ มอสโก: การตรัสรู้. 2522 311 น.

เคมีกายภาพ: โปรแกรมของวินัยและคำแนะนำด้านการศึกษาและระเบียบวิธี / เรียบเรียงโดย A.N. Kozlov, N.P. อุสคอฟ. Ryazan: Ryazan State University ตั้งชื่อตาม S.A. Yesenin 2553. 60 น.

เคมีกายภาพ. คำแนะนำเชิงทฤษฎีและปฏิบัติ หนังสือเรียนสำหรับมหาวิทยาลัย / เรียบเรียงโดย นักวิชาการ บี.พี. นิโคลสกี้. ฉบับที่ 2 เลนินกราด: เคมี 2530, 880 น.

Harned G. Ouer B. เคมีเชิงฟิสิกส์ของสารละลายอิเล็กโทรไลต์ มอสโก: IIN. 2554. 629 น.

Ewing G. วิธีการใช้เครื่องมือในการวิเคราะห์ทางเคมี มอสโก: Mir. 2554. 620 น.

หนังสือ: ฉบับหลายเล่ม

วิธีการวัดทางไฟฟ้าเคมี / บรรณาธิการ E. Eger และ A. Zalkind แปลจากภาษาอังกฤษโดย V.S. Markin และ V.F. Pastushenko แก้ไขโดย Doctor of Chemical Sciences Yu.A. ชิซมาดเจวา มอสโก: Mir, 1977. ฉบับที่ 1-2.

Skoog D. , West D. พื้นฐานของเคมีวิเคราะห์ มอสโก: Mir, 1979. Vol. 2

Atkins P. เคมีเชิงฟิสิกส์. มอสโก: Mir, 1980. ฉบับที่ 1-2.

กวดวิชา

ต้องการความช่วยเหลือในการเรียนรู้หัวข้อหรือไม่?

ผู้เชี่ยวชาญของเราจะแนะนำหรือให้บริการกวดวิชาในหัวข้อที่คุณสนใจ
ส่งใบสมัครระบุหัวข้อทันทีเพื่อหาข้อมูลเกี่ยวกับความเป็นไปได้ในการขอรับคำปรึกษา

วิทยาลัยเทคโนโลยีแห่งรัฐ Ryazan

หลักสูตรการทำงาน
ตามระเบียบวินัย
« การวัดทางเทคนิคและการสนับสนุนทางมาตรวิทยา»
หัวข้อของหลักสูตรการทำงาน: "วิธีเคมีไฟฟ้าเพื่อศึกษาองค์ประกอบของสสาร"

ดำเนินการ:
นักเรียนกลุ่ม №158
Kharlamova Anastasia Igorevna

ตรวจสอบแล้ว:
ผู้ดูแลรายวิชา
Chekurova Natalya Vladimirovna

Ryazan 2011
เนื้อหา

บทนำ2

ภาคทฤษฎี 3

1.1 ลักษณะทั่วไปของวิธีการวิเคราะห์ทางกายภาพและเคมี 3

1.2 การกำหนดลักษณะของวิธีไฟฟ้าเคมี 4

1.3 การจำแนกวิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมี 5

2 ภาคทดลองและภาคปฏิบัติ 15

บทสรุป 21
ข้อมูลอ้างอิง 22

การแนะนำ
สาขาการผลิตสมัยใหม่และชีวิตทางสังคมของผู้คนมีงานเฉพาะของตนเองสำหรับวิธีการวิเคราะห์ทางกายภาพและเคมีเพื่อควบคุมคุณภาพผลิตภัณฑ์ วิธีการวิเคราะห์ทางกายภาพและเคมีหลักวิธีหนึ่งคือวิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมี
วิธีการเหล่านี้สามารถระบุตัวบ่งชี้คุณภาพของผลิตภัณฑ์ได้อย่างรวดเร็วและเป็นธรรม
วิธีการทางเคมีไฟฟ้าสำหรับการวิเคราะห์องค์ประกอบของสารมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ ช่วยให้คุณได้รับผลลัพธ์คุณภาพผลิตภัณฑ์โดยอัตโนมัติและแก้ไขการละเมิดโดยไม่หยุดการผลิต ในอุตสาหกรรมอาหาร วิธีการเหล่านี้กำหนดความสมดุลของกรด-ด่างของผลิตภัณฑ์ การมีอยู่ของสารอันตรายและเป็นพิษ และตัวชี้วัดอื่นๆ ที่ไม่เพียงส่งผลต่อคุณภาพเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความปลอดภัยของอาหารด้วย
อุปกรณ์ที่ออกแบบมาสำหรับการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมีนั้นค่อนข้างถูก หาได้ง่าย และใช้งานง่าย ดังนั้นวิธีการเหล่านี้จึงใช้กันอย่างแพร่หลายไม่เพียง แต่ในห้องปฏิบัติการเฉพาะทางเท่านั้น แต่ยังใช้ในหลายอุตสาหกรรมด้วย
ทั้งนี้ วัตถุประสงค์ของหลักสูตรนี้คือเพื่อศึกษาวิธีเคมีไฟฟ้าเพื่อศึกษาองค์ประกอบของสาร
เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้มีการกำหนดภารกิจต่อไปนี้:
- พิจารณาวิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมี การจำแนกประเภท และความสำคัญในระบบการควบคุมคุณภาพผลิตภัณฑ์
- เพื่อศึกษาวิธีการไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริก
- กำหนดความเป็นกรดของแยม

ภาคทฤษฎี

1.1 ลักษณะทั่วไปของวิธีการวิเคราะห์ทางเคมีกายภาพ

ศึกษาคุณสมบัติของสารและวัสดุที่ผลิตและจำหน่ายผลิตภัณฑ์โดยใช้วิธีเคมีวิเคราะห์สมัยใหม่ ซึ่งมุ่งแก้ปัญหาด้านการจัดการคุณภาพผลิตภัณฑ์
เครื่องมือทำงานหลักของเคมีวิเคราะห์คือวิธีการวิเคราะห์ทางกายภาพและทางเคมี ขึ้นอยู่กับการลงทะเบียนสัญญาณวิเคราะห์ ลักษณะที่ปรากฏขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางเคมีกายภาพของสาร ลักษณะและเนื้อหาในผลิตภัณฑ์ที่วิเคราะห์
สาขาการผลิตสมัยใหม่และชีวิตทางสังคมของผู้คนมีงานเฉพาะของตนเองสำหรับวิธีการวิเคราะห์ทางกายภาพและเคมีเพื่อควบคุมคุณภาพผลิตภัณฑ์
ในวิธีทางเคมีกายภาพของการวิเคราะห์เชิงปริมาณมี 3 กลุ่ม:
รูปที่ 1 - การจำแนกวิธีทางกายภาพและเคมีของการวิเคราะห์เชิงปริมาณ
1) วิธีการทางแสงขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้ากับสสาร ซึ่งรวมถึง: โพลาริเมทรี, สเปกโตรเมทรี, การวัดการหักเหของแสง, โฟโตคอลโตเมทรี ฯลฯ
2) วิธีเคมีไฟฟ้าขึ้นอยู่กับการศึกษากระบวนการที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวอิเล็กโทรดหรือในพื้นที่ใกล้อิเล็กโทรด วิธีการกลุ่มนี้รวมถึง: conductometry, voltammetry, potentiometry และอื่น ๆ
3) วิธีโครมาโตกราฟีขึ้นอยู่กับการกระจายของสารหลายชนิดระหว่างสองเฟส (เช่น ระหว่างของแข็งกับก๊าซ ระหว่างของเหลวสองชนิด เป็นต้น) และเฟสหนึ่งเคลื่อนที่ตลอดเวลา นั่นคือมันเป็นมือถือ มีวิธีการประเมินคุณภาพของผลิตภัณฑ์อาหารประเภทแก๊ส-ของเหลว ของเหลว และไอออน
วิธีการวิเคราะห์ด้วยโครมาโตกราฟีและไฟฟ้าเคมีมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการควบคุมคุณภาพผลิตภัณฑ์

1.2ลักษณะของวิธีการไฟฟ้าเคมี
วิธีการทางเคมีไฟฟ้าขึ้นอยู่กับการวัดค่าพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าของปรากฏการณ์ไฟฟ้าเคมีที่เกิดขึ้นในสารละลายทดสอบ วิธีการทางเคมีไฟฟ้าถูกจำแนกตามประเภทของปรากฏการณ์ที่วัดได้ระหว่างการวิเคราะห์ โดยทั่วไป วิธีการทางไฟฟ้าเคมีจะแบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม (รูปที่ 2):

รูปที่ 2 - การจำแนกประเภทของวิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมีขึ้นอยู่กับประเภทของปรากฏการณ์ที่วัดระหว่างการวิเคราะห์
วิธีการที่ไม่ซ้อนทับศักย์ภายนอก โดยพิจารณาจากการวัดความต่างศักย์ที่เกิดขึ้นในเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่ประกอบด้วยอิเล็กโทรดและภาชนะที่มีสารละลายทดสอบ วิธีการกลุ่มนี้เรียกว่าโพเทนชิโอเมตริก ในวิธีโพเทนชิโอเมตริก การพึ่งพาศักย์สมดุลของอิเล็กโทรดต่อความเข้มข้นของไอออนที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีบนอิเล็กโทรด
กำหนดวิธีการที่มีศักยภาพภายนอกตามการวัด:
ก) การนำไฟฟ้าของสารละลาย - การนำไฟฟ้า
b) ปริมาณไฟฟ้าที่ไหลผ่านสารละลาย - คูลอมเมตรี;
c) การพึ่งพาขนาดของกระแสบนศักย์ไฟฟ้าที่ใช้ - โวลต์แอมเพอโรเมตรี
d) เวลาที่จำเป็นสำหรับการผ่านของปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี - วิธีโครโนอิเล็กโทรเคมี (โครโนโวลแทมเมทรี, โครโนคอนดักเตอร์เมตรี) ในวิธีการของกลุ่มนี้ ศักย์ภายนอกจะถูกนำไปใช้กับอิเล็กโทรดของเซลล์ไฟฟ้าเคมี
องค์ประกอบหลักของเครื่องมือสำหรับการวิเคราะห์ไฟฟ้าเคมีคือเซลล์ไฟฟ้าเคมี ในวิธีการที่ปราศจากการกำหนดศักย์ภายนอก เซลล์กัลวานิกจะมีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นเนื่องจากปฏิกิริยาเคมีรีดอกซ์ ในเซลล์ประเภทเซลล์กัลวานิก อิเล็กโทรดสองขั้วสัมผัสกับสารละลายที่วิเคราะห์แล้ว - อิเล็กโทรดตัวบ่งชี้ ศักยภาพขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสาร และอิเล็กโทรดที่มีศักยภาพคงที่ - อิเล็กโทรดอ้างอิง สัมพัทธ์ ซึ่งวัดศักยภาพของอิเล็กโทรดตัวบ่งชี้ การวัดความต่างศักย์ทำได้โดยใช้อุปกรณ์พิเศษ - โพเทนชิโอมิเตอร์

1.3 การจำแนกวิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมี

ได้มีการพัฒนาวิธีการทางเคมีไฟฟ้าแบบต่างๆ สำหรับการวิเคราะห์เชิงคุณภาพและเชิงปริมาณของสารเคมี ขึ้นอยู่กับกระบวนการที่อยู่ภายใต้การวิเคราะห์ เครื่องมือที่ใช้และค่าที่วัดได้ การวิเคราะห์ไฟฟ้าเคมีมี 5 ประเภทหลัก แสดงไว้ในรูปที่ 3

รูปที่ 3- วิธีการวิเคราะห์ไฟฟ้าเคมีขั้นพื้นฐาน
วิธีการทางเคมีไฟฟ้าบางวิธีแบ่งออกเป็นสองประเภทคือการวิเคราะห์โดยตรงและโดยอ้อม (รูปที่ 4)

รูปที่ 4- ประเภทของการวิเคราะห์ไฟฟ้าเคมี

วิธีการนำไฟฟ้า

วิธีวัดความนำไฟฟ้า - วิธีการตามการวัดค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายที่วิเคราะห์แล้ว
ในวิธี conductometric การวิเคราะห์โดยตรงสองประเภทมีความโดดเด่น - conductometry และ indirect - conductometric titration (รูปที่ 4)

รูปที่ 5 – วิธีการวิเคราะห์ conductometric

การวัดความนำไฟฟ้าขึ้นอยู่กับการวัดค่าการนำไฟฟ้าของสารละลาย การวิเคราะห์ดำเนินการโดยใช้ตัวนำไฟฟ้า - อุปกรณ์ที่วัดความต้านทานของสารละลาย ค่าความต้านทาน R กำหนดค่าการนำไฟฟ้าของสารละลาย L ซึ่งอยู่ตรงข้ามกับขนาด
การวัดค่าการนำไฟฟ้าโดยตรงใช้เพื่อกำหนดความเข้มข้นของสารละลายจากกราฟการปรับเทียบ ในการรวบรวมกราฟการสอบเทียบ จะมีการวัดค่าการนำไฟฟ้าของชุดสารละลายที่มีความเข้มข้นที่ทราบ และสร้างกราฟการสอบเทียบของการพึ่งพาการนำไฟฟ้าตามความเข้มข้น จากนั้นจึงวัดค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายที่วิเคราะห์และหาความเข้มข้นจากกราฟ
การไทเทรตแบบ conductometric มักใช้กันมากที่สุด ในเวลาเดียวกัน สารละลายที่วิเคราะห์แล้วจะถูกวางในเซลล์ที่มีอิเล็กโทรด เซลล์จะถูกวางบนเครื่องกวนแม่เหล็ก และไทเทรตด้วยไทแทรนต์ที่เหมาะสม ไทแทรนต์ถูกเติมในส่วนเท่าๆ กัน หลังจากเพิ่มแต่ละส่วนของไทแทรนต์แล้ว ค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายจะถูกวัดและกราฟจะถูกพล็อตระหว่างค่าการนำไฟฟ้าและปริมาตรของไทแทรนต์ เมื่อเติมไทแทรนต์ ค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายจะเปลี่ยนไป กล่าวคือ มีการผันแปรของเส้นโค้งการไทเทรต ค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของไอออน: ยิ่งไอออนเคลื่อนที่ได้มากเท่าใด ค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
การไทเทรตแบบ conductometric มีข้อดีหลายประการ สามารถทำได้ในสภาพแวดล้อมที่ขุ่นและมีสี โดยไม่มีตัวบ่งชี้ทางเคมี วิธีการนี้มีความไวสูงและสามารถวิเคราะห์สารละลายเจือจางของสารได้ (สูงสุด mol/dm) การไทเทรตแบบ conductometric วิเคราะห์สารผสมเพราะ ความแตกต่างในการเคลื่อนที่ของไอออนต่างๆ มีความสำคัญและสามารถไทเทรตต่างกันได้เมื่อมีกันและกัน

วิธีการวิเคราะห์โพเทนชิโอเมตริก

วิธีโพเทนชิโอเมตริกเป็นวิธีการวิเคราะห์เชิงคุณภาพและเชิงปริมาณโดยพิจารณาจากการวัดศักย์ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างสารละลายทดสอบกับอิเล็กโทรดที่แช่อยู่ในนั้น

การวิเคราะห์โดยตรงที่นี่คือโพเทนชิโอเมตริก และการวิเคราะห์ทางอ้อมคือการไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริก (รูปที่ 5)
รูปที่ 6 - วิธีการไทเทรตโพเทนชิโอเมตริก

โพเทนชิโอเมทรีขึ้นอยู่กับการวัดความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรดที่ไม่เหมือนกันซึ่งแช่อยู่ในสารละลายที่มีสารที่จะกำหนด ศักย์ไฟฟ้าเกิดขึ้นที่อิเล็กโทรดเมื่อปฏิกิริยารีดอกซ์ (ไฟฟ้าเคมี) ผ่านเข้าไป ปฏิกิริยารีดอกซ์เกิดขึ้นระหว่างตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ด้วยการก่อตัวของคู่รีดอกซ์ ศักย์ E ซึ่งถูกกำหนดโดยสมการ Nernst โดยความเข้มข้นของส่วนประกอบของคู่
การวัดโพเทนชิโอเมตริกทำได้โดยการลดอิเล็กโทรดสองขั้วลงในสารละลาย - อิเล็กโทรดตัวบ่งชี้ที่ทำปฏิกิริยากับความเข้มข้นของไอออนที่ถูกกำหนด และอิเล็กโทรดอ้างอิงซึ่งสัมพันธ์กับการวัดศักย์ไฟฟ้าของตัวบ่งชี้ มีการใช้อิเล็กโทรดตัวบ่งชี้และอิเล็กโทรดอ้างอิงหลายประเภท
อิเล็กโทรดชนิดแรกสามารถย้อนกลับได้เมื่อเทียบกับไอออนโลหะที่อิเล็กโทรดประกอบด้วย เมื่ออิเล็กโทรดดังกล่าวถูกลดระดับลงในสารละลายที่มีไอออนบวกของโลหะ จะเกิดคู่อิเล็กโทรดขึ้น
อิเล็กโทรดประเภทที่สองมีความไวต่อแอนไอออนและเป็นโลหะที่เคลือบด้วยชั้นของเกลือที่ไม่ละลายน้ำที่มีประจุลบ ซึ่งอิเล็กโทรดมีความอ่อนไหว เมื่อสัมผัสอิเล็กโทรดดังกล่าวกับสารละลายที่มีไอออนที่ระบุ ศักย์ E จะเกิดขึ้น ค่าของค่าจะขึ้นอยู่กับผลคูณของความสามารถในการละลายของเกลือและความเข้มข้นของประจุลบในสารละลาย
อิเล็กโทรดประเภทที่สองคือซิลเวอร์คลอไรด์และคาโลเมลอิเล็กโทรดซิลเวอร์คลอไรด์อิ่มตัวและอิเล็กโทรดคาโลเมลรักษาศักย์ไฟฟ้าคงที่และใช้เป็นอิเล็กโทรดอ้างอิง ซึ่งจะวัดศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดตัวบ่งชี้
อิเล็กโทรดเฉื่อย - แผ่นหรือลวดที่ทำจากโลหะที่ออกซิไดซ์ได้ยาก - แพลตตินั่ม, ทอง, แพลเลเดียม ใช้สำหรับวัดค่า E ในสารละลายที่มีคู่รีดอกซ์
อิเล็กโทรดเมมเบรนชนิดต่างๆ มีเมมเบรนที่เมมเบรนมีศักย์ไฟฟ้า E เกิดขึ้น ค่าของ E ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของความเข้มข้นของไอออนเดียวกันในด้านต่างๆ ของเมมเบรน อิเล็กโทรดเมมเบรนที่ง่ายและใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคืออิเล็กโทรดแก้ว
อิเล็กโทรดที่ใช้ในโพเทนชิโอมิเตอร์มีความต้านทานภายในสูง (500-1000 MΩ) ดังนั้นโพเทนชิโอมิเตอร์ประเภทที่มีอยู่จึงเป็นโวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความต้านทานสูงที่ซับซ้อน ในการวัด EMF ของระบบอิเล็กโทรดในโพเทนชิโอมิเตอร์ วงจรชดเชยจะใช้เพื่อลดกระแสในวงจรเซลล์
ส่วนใหญ่มักจะใช้โพเทนชิโอมิเตอร์สำหรับการวัดค่า pH โดยตรง ความเข้มข้นของไอออน pNa, pK, pNH, pCl และ mV โดยตรง การวัดทำได้โดยใช้อิเล็กโทรดคัดเลือกไอออนที่เหมาะสม
เพื่อวัดค่า pH ซึ่งแสดงลักษณะความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนในสารละลาย น้ำดื่ม ผลิตภัณฑ์อาหารและวัตถุดิบ วัตถุสิ่งแวดล้อม และระบบการผลิตสำหรับการตรวจสอบกระบวนการทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง รวมถึงในสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าว มีการใช้อุปกรณ์พิเศษซึ่งเรียกว่าเครื่องวัดค่า pH (รูปที่ 6) เป็นอิเล็กโทรดแก้วและอิเล็กโทรดอ้างอิง - ซิลเวอร์คลอไรด์ ก่อนทำการวิเคราะห์ จำเป็นต้องตรวจสอบการสอบเทียบเครื่องวัดค่า pH โดยใช้สารละลายบัฟเฟอร์มาตรฐาน ซึ่งช่องแก้ไขจะถูกนำไปใช้กับอุปกรณ์

รูปที่ 7- เครื่องวัดค่า pH
การทำงานของเครื่องวัดค่า pH ขึ้นอยู่กับการวัดค่าของ EMF ของระบบอิเล็กโทรด ซึ่งตัวบ่งชี้ที่เป็นสัดส่วนกับกิจกรรมของไฮโดรเจนไอออนในสารละลาย - pH (ดัชนีไฮโดรเจน) ในการควบคุมและปรับโหมดของเครื่องวัดค่า pH จะใช้รีโมทคอนโทรลที่เชื่อมต่อกับหน่วยแปลงอิเล็กทรอนิกส์ เครื่องวัดค่า pH นอกเหนือจากการวัดค่า pH, pNa, pK, pNH, pCl และอื่นๆ โดยตรง ยังช่วยให้สามารถตรวจวัดการไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริกของไอออนได้
ข้อผิดพลาดในการวัดค่า pH เมตร:
1) ข้อผิดพลาดในการวัด EMF อุณหภูมิ
2) ข้อผิดพลาดในการสอบเทียบ ซึ่งรวมถึงข้อผิดพลาด BR ร่วมกับข้อผิดพลาดของเครื่องมือ
3) องค์ประกอบสุ่มของข้อผิดพลาดในการวัด
นอกจากข้อผิดพลาดของเครื่องมือแล้ว ยังมีข้อผิดพลาดในเทคนิคการวัดอีกด้วย
มีการตั้งค่าหลักสองแบบระหว่างการปรับเทียบ - มีการตั้งค่าเกนและออฟเซ็ตของแอมพลิฟายเออร์อินเวอร์เตอร์
ฯลฯ.................

ส่งงานที่ดีของคุณในฐานความรู้เป็นเรื่องง่าย ใช้แบบฟอร์มด้านล่าง

นักศึกษา นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา นักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์ที่ใช้ฐานความรู้ในการศึกษาและการทำงานจะขอบคุณอย่างยิ่ง

โพสต์เมื่อ http://www.allbest.ru

กระทรวงศึกษาธิการและวิทยาศาสตร์แห่งสหพันธรัฐรัสเซีย

สถาบันการศึกษางบประมาณของรัฐบาลกลาง

อุดมศึกษา

"มหาวิทยาลัยเทคนิคการวิจัยแห่งชาติอีร์คุตสค์"

ภาควิชาโลหะวิทยาโลหะนอกกลุ่มเหล็ก

(ชื่อหน่วยงาน)

"วิธีวิจัยไฟฟ้าเคมี"

วินัย นามธรรม

"วิธีทางเคมีกายภาพสำหรับการศึกษากระบวนการทางโลหะวิทยา"

จัดทำโดย นศ.กลุ่ม MCM-16-1

Zakharenkov R. I.

ตรวจสอบโดยอาจารย์ประจำภาควิชา MCM

Kuzmina M.Yu.

อีร์คุตสค์ 2017

การแนะนำ

เคมีไฟฟ้าเป็นสาขาหนึ่งของเคมีกายภาพซึ่งพิจารณาระบบที่มีไอออน (สารละลายหรือการละลายของอิเล็กโทรไลต์) และกระบวนการที่เกิดขึ้นที่ขอบเขตของสองเฟสโดยมีส่วนร่วมของอนุภาคที่มีประจุ

แนวคิดแรกเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างปรากฏการณ์ทางเคมีและไฟฟ้าเป็นที่ทราบกันดีในศตวรรษที่ 18 เนื่องจากมีการทดลองทางเคมีกายภาพจำนวนมากโดยใช้การปล่อยไฟฟ้าและฟ้าผ่า โดยมีประจุในขวดโหลเลย์เดน แต่ทั้งหมดมีลักษณะแบบสุ่มเนื่องจาก ขาดแหล่งพลังงานไฟฟ้าที่ทรงพลังอย่างต่อเนื่อง ต้นกำเนิดของเคมีไฟฟ้าเกี่ยวข้องกับชื่อของ L. Galvani และ A. Volta ขณะศึกษาหน้าที่ทางสรีรวิทยาของกบ กัลวานีบังเอิญสร้างวงจรไฟฟ้าเคมีขึ้น ประกอบด้วยโลหะสองชนิดและขากบผ่า เท้าเป็นทั้งอิเล็กโทรไลต์และตัวบ่งชี้กระแสไฟฟ้า แต่ให้ข้อสรุปที่ไม่ถูกต้อง กล่าวคือ ตาม Galvani กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในวงจรนี้มาจากสัตว์ กล่าวคือ เกี่ยวข้องกับลักษณะการทำงานของกบ สิ่งมีชีวิต (ทฤษฎี " ไฟฟ้าจากสัตว์)

A. Volta ให้การตีความการทดลองของ Galvani ที่ถูกต้อง เขาสร้างแบตเตอรี่ก้อนแรกของเซลล์กัลวานิก - คอลัมน์โวลต์ เซลล์ของแบตเตอรี่ประกอบด้วยแผ่นทองแดงและสังกะสี และอิเล็กโทรไลต์เป็นวัสดุฟองน้ำชุบด้วยน้ำเกลือหรือกรด การเชื่อมต่อนี้ทำให้สามารถรับกระแสไฟฟ้าได้ ในไม่ช้า ผลงานของนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ A. Volta, J. Daniel, B. S. Jacobi, P. R. Bagration, G. Plante และคนอื่นๆ ก็ปรากฏเซลล์กัลวานิกอันทรงพลังและแบตเตอรี่ที่ใช้งานง่าย จากนั้น A. Volta ได้พัฒนาชุดแรงดันไฟฟ้าสำหรับโลหะ หากโลหะสองชนิดต่างกันมาสัมผัสกันและแยกจากกัน ด้วยความช่วยเหลือทางกายภาพ เช่น อิเล็กโทรสโคป เราจะเห็นได้ว่าโลหะหนึ่งได้รับประจุบวก และอีกโลหะหนึ่งได้รับประจุลบ ชุดของโลหะนี้ ซึ่งโลหะก่อนหน้าแต่ละชนิดมีประจุบวก แต่หลังจากสัมผัสกับชุดต่อมา นั่นคือ ชุดโวลต์ กลับกลายเป็นชุดของแรงดันไฟฟ้าที่คล้ายคลึงกับชุดของแรงดันไฟฟ้า

นอกจากนี้ ในตอนต้นของศตวรรษที่ 19 อิเล็กโทรไลซิสได้รับการพัฒนา และเอ็ม. ฟาราเดย์ได้ก่อตั้งกฎเชิงปริมาณของการอิเล็กโทรไลซิส นักวิทยาศาสตร์ต่อไปนี้มีส่วนสนับสนุนอย่างมากในการพัฒนาด้านไฟฟ้าเคมี: S. A. Arrhenius, V. F. Ostwald, R. A. Kolli, P. Debye, V. Nernst, G. Helmholtz และอื่นๆ ตอนนี้เคมีไฟฟ้าแบ่งออกเป็นทฤษฎีและประยุกต์ ด้วยการใช้วิธีการไฟฟ้าเคมี มันเชื่อมโยงกับสาขาอื่น ๆ ของเคมีกายภาพตลอดจนกับเคมีวิเคราะห์และวิทยาศาสตร์อื่น ๆ

โพเทนชิโอเมทรีไฟฟ้าเคมี conductometry คูลอมเมตรี

1 . วิธีการสอบสวนทางไฟฟ้าเคมี

ความจำเป็นในการใช้วิธีการต่างๆ ในการศึกษากระบวนการทางเคมีไฟฟ้านั้นเกิดจากการเปลี่ยนแปลงอัตราการถ่ายโอนอิเล็กตรอนในปฏิกิริยาอิเล็กโทรดอย่างกว้างขวาง แต่ละวิธีมีข้อ จำกัด บางประการเกี่ยวกับค่าที่กำหนดของความหนาแน่นกระแสแลกเปลี่ยนซึ่งไม่สามารถกำหนดพารามิเตอร์ไฟฟ้าเคมีของปฏิกิริยาอิเล็กโทรดได้ สำหรับวัตถุเฉพาะแต่ละอย่าง จำเป็นต้องเลือกวิธีการที่ให้ข้อมูลที่เชื่อถือได้ในปริมาณสูงสุด เมื่อทำการศึกษาไฟฟ้าเคมี จำเป็นต้องทราบองค์ประกอบทางเคมีของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา ในการกำหนดองค์ประกอบของอิเล็กโทรไลต์ จะใช้วิธีการทางเคมีกายภาพแบบต่างๆ: สเปกโตรโฟโตเมตริก โพเทนชิโอเมตริก การวิเคราะห์ และอื่นๆ เมื่อทำการศึกษาไฟฟ้าเคมี ต้องปฏิบัติตามเงื่อนไขต่อไปนี้

1. ความบริสุทธิ์สูงสุดของรีเอเจนต์ที่ใช้ ต้องทราบองค์ประกอบของอิเล็กโทรดอย่างเคร่งครัดรวมถึงสถานะของพื้นผิวด้วย ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าพื้นผิวของอิเล็กโทรดไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างกระบวนการวัด

2. การออกแบบเซลล์ไฟฟ้าเคมีและอิเล็กโทรดที่อยู่ในนั้นต้องให้แน่ใจว่ามีการกระจายกระแสอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งพื้นผิวของอิเล็กโทรดทำงาน

3. การวัดจะดำเนินการที่อุณหภูมิควบคุมอย่างเข้มงวด

4. รักษาความดันคงที่และองค์ประกอบของเฟสแก๊สเหนืออิเล็กโทรไลต์ ตามกฎแล้ว การศึกษาจะดำเนินการในตัวกลางของก๊าซเฉื่อย (N 2 , Ar, Ne, He H 2) เนื่องจากออกซิเจนของเฟสก๊าซสามารถมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อกลไกของกระบวนการ

5. จำเป็นต้องจัดให้มีเงื่อนไขการทดลองดังกล่าวโดยที่การลดลงของศักยภาพในส่วนกระจายของชั้นไฟฟ้าสองชั้นจะน้อยที่สุดหรือทราบอย่างแน่นอน เพื่อลดศักยภาพนี้ตามกฎแล้วจะใช้อิเล็กโทรไลต์พื้นหลังซึ่งความเข้มข้นควรสูงกว่าสารหลักอย่างน้อย 20 เท่า อย่างไรก็ตาม ก่อนอื่นควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าอิเล็กโทรไลต์ที่รองรับไม่บิดเบือนเส้นโค้งโพลาไรเซชันของปฏิกิริยาภายใต้การศึกษา

6. การวัดค่าศักยภาพของอิเล็กโทรดทำงานอย่างแม่นยำ ในการทำเช่นนี้ จำเป็นต้องกำจัดศักยภาพการแพร่กระจายระหว่างอิเล็กโทรไลต์ที่ศึกษากับอิเล็กโทรไลต์ของอิเล็กโทรดอ้างอิง ศักย์ไฟฟ้านี้ใช้ค่าสูงสุดเมื่อเข้าใกล้กระแสจำกัด และสามารถบิดเบือนผลการวัดได้อย่างมาก เพื่อขจัดศักยภาพการแพร่กระจายระหว่างอิเล็กโทรไลต์ภายใต้การศึกษาและอิเล็กโทรไลต์ของอิเล็กโทรดอ้างอิง ขอแนะนำให้: ก) เลือกอิเล็กโทรดอ้างอิงที่มีองค์ประกอบเดียวกันกับอิเล็กโทรไลต์ภายใต้การศึกษา ตัวอย่างเช่นในการศึกษาสารละลายคลอไรด์จะสะดวกที่จะใช้คลอรีน - เงิน, คาโลเมล, อิเล็กโทรดคลอรีน ในสารละลายกรดซัลเฟต - อิเล็กโทรดปรอทซัลเฟต ฯลฯ b) ใช้อิเล็กโทรดอ้างอิงกับอิเล็กโทรไลต์ดังกล่าว ที่ขอบเขตของอิเล็กโทรไลต์ที่ศึกษา ศักย์การแพร่กระจายสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรที่ทราบ

เมื่อทำการวัดในสารละลายที่มีความแรงไอออนิกคงที่ และที่ความเข้มข้นพื้นหลังสูง - โดยหลักการแล้ว คุณสามารถใช้อิเล็กโทรดอ้างอิงได้ ศักยภาพในการแพร่กระจายในกรณีนี้อาจมีขนาดใหญ่มาก แต่ก็คงที่เช่นกัน สามารถคำนวณหรือกำหนดโดยการทดลองได้

ในทุกกรณีของการศึกษาจลนศาสตร์ของกระบวนการไฟฟ้าเคมี จำเป็นต้องวัดความหนาแน่นกระแส โดยปกติ พวกเขาเริ่มต้นด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าพวกเขาค้นพบโดยวิธีเคมีวิเคราะห์ คูลอมเมตรี ไม่ว่าจะมีปฏิกิริยาเดียวภายใต้การศึกษาที่เกิดขึ้นบนอิเล็กโทรดหรือไม่หรือว่าปฏิกิริยาข้างเคียงมีความซับซ้อนหรือไม่ ในกรณีของปฏิกิริยาข้างเคียง จำเป็นต้องค้นหาว่าสัดส่วนของกระแสตกอยู่ที่การดำเนินการของปฏิกิริยาภายใต้การศึกษาเท่านั้น (เพื่อสร้างคุณลักษณะโพลาไรซ์บางส่วนที่เรียกว่าสำหรับปฏิกิริยาภายใต้การศึกษา)

กลไกของปฏิกิริยาอิเล็กโทรดสามารถตีความได้ง่ายที่สุดเฉพาะในกรณีที่สารตั้งต้นถูกแปลงเป็นผลิตภัณฑ์เดียวที่มีประสิทธิภาพในปัจจุบัน 100% การตรวจสอบปฏิกิริยาเพื่อให้เป็นไปตามกฎหมายของฟาราเดย์หรือการวัดค่าคูลอมเมตริกทำให้คุณสามารถกำหนดจำนวนอิเล็กตรอนที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาอิเล็กโทรดทั้งหมดได้พร้อมกัน การทราบองค์ประกอบของวัสดุตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยา ตลอดจนจำนวนอิเล็กตรอนที่ถ่ายโอนทั้งหมด ทำให้สามารถเขียนสมการของปฏิกิริยาอิเล็กโทรดทั้งหมดได้

ขั้นตอนต่อไปในการศึกษากลไกของปฏิกิริยาอิเล็กโทรดคือการค้นหาว่าขั้นตอนใดเป็นตัวจำกัด

ถ้าขั้นจำกัดเป็นขั้นตอนของการปลดปล่อยไอออนไนซ์ และขั้นตอนอื่นๆ ทั้งหมดสามารถย้อนกลับได้ พารามิเตอร์จลนพลศาสตร์หลักของกระบวนการสามารถกำหนดแบบกราฟิกหรือเชิงวิเคราะห์ได้โดยใช้สมการของทฤษฎีการปล่อยประจุที่ล่าช้ากับลักษณะโพลาไรเซชัน

1.1 วิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมี

วิธีการทางเคมีไฟฟ้าการวิเคราะห์- เป็นชุดของวิธีการวิเคราะห์เชิงคุณภาพและเชิงปริมาณตามปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าเคมีที่เกิดขึ้นในตัวกลางที่กำลังศึกษาหรือที่ขอบเฟส และเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง องค์ประกอบทางเคมี หรือความเข้มข้นของสารที่วิเคราะห์

มีวิธีไฟฟ้าเคมีทางตรงและทางอ้อม ในวิธีการโดยตรงจะใช้การพึ่งพาความแรงในปัจจุบัน (ศักยภาพ ฯลฯ ) กับความเข้มข้นของสารที่วิเคราะห์ ในวิธีการทางอ้อม จะวัดความแรงของกระแส (ศักยภาพ ฯลฯ) เพื่อหาจุดสิ้นสุดของการไทเทรตของส่วนประกอบที่จะหาด้วยไทแทรนต์ที่เหมาะสม กล่าวคือ ใช้การพึ่งพาพารามิเตอร์ที่วัดได้กับปริมาตรของไทแทรนต์

สำหรับการวัดค่าไฟฟ้าเคมีใดๆ จำเป็นต้องมีวงจรไฟฟ้าเคมีหรือเซลล์ไฟฟ้าเคมี ซึ่งส่วนประกอบคือสารละลายที่วิเคราะห์

วิธีการทางเคมีไฟฟ้าถูกจำแนกตามประเภทของปรากฏการณ์ที่วัดได้ระหว่างการวิเคราะห์ วิธีการไฟฟ้าเคมีมีสองกลุ่ม:

1. วิธีการที่ไม่ซ้อนทับศักย์ภายนอก โดยพิจารณาจากการวัดความต่างศักย์ที่เกิดขึ้นในเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่ประกอบด้วยอิเล็กโทรดและภาชนะที่มีสารละลายทดสอบ วิธีการกลุ่มนี้เรียกว่า โพเทนชิโอเมตริก ในวิธีโพเทนชิโอเมตริก การพึ่งพาศักย์สมดุลของอิเล็กโทรดต่อความเข้มข้นของไอออนที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีบนอิเล็กโทรด

2. กำหนดวิธีการที่มีศักยภาพภายนอกตามการวัด:

ก) ค่าการนำไฟฟ้าของสารละลาย? conductometry;

b) ปริมาณไฟฟ้าที่ไหลผ่านสารละลาย? คูลอมเมตรี;

ค) การพึ่งพาขนาดของกระแสที่มีต่อศักย์ไฟฟ้าที่ใช้? โวลต์แทมเมทรี;

d) เวลาที่จำเป็นสำหรับการผ่านของปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี - วิธีโครโนอิเล็กโทรเคมี(โครโนโวลแทมเมทรี, โครโนคอนดักโทเมทรี)

ในวิธีการของกลุ่มนี้ ศักย์ภายนอกจะถูกนำไปใช้กับอิเล็กโทรดของเซลล์ไฟฟ้าเคมี

องค์ประกอบหลักของเครื่องมือสำหรับการวิเคราะห์ไฟฟ้าเคมีคือเซลล์ไฟฟ้าเคมี ในวิธีการที่ปราศจากการกำหนดศักย์ภายนอก มันคือ เซลล์กัลวานิกซึ่งเนื่องจากการเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ทางเคมีทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น ในเซลล์ประเภทเซลล์กัลวานิก อิเล็กโทรดสองขั้วสัมผัสกับสารละลายที่วิเคราะห์แล้ว - อิเล็กโทรดตัวบ่งชี้ ศักยภาพขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสาร และอิเล็กโทรดที่มีศักยภาพคงที่ - อิเล็กโทรดอ้างอิง สัมพัทธ์ ซึ่งวัดศักยภาพของอิเล็กโทรดตัวบ่งชี้ ความต่างศักย์วัดด้วยอุปกรณ์พิเศษ - โพเทนชิโอมิเตอร์

ในวิธีการที่มีศักย์ภายนอกทับซ้อน เซลล์ไฟฟ้าเคมีตั้งชื่อตามนี้เพราะอิเล็กโทรไลซิสเกิดขึ้นที่อิเล็กโทรดของเซลล์ภายใต้การกระทำของศักย์ไฟฟ้าที่ใช้ - การเกิดออกซิเดชันหรือการลดลงของสาร การวิเคราะห์ความนำไฟฟ้าใช้เซลล์วัดค่าการนำไฟฟ้าในการวัดค่าการนำไฟฟ้าของสารละลาย ตามวิธีการใช้งาน วิธีไฟฟ้าเคมีสามารถจำแนกได้เป็นวิธีการโดยตรง ซึ่งวัดความเข้มข้นของสารตามการบ่งชี้ของอุปกรณ์ และการไทเทรตเคมีไฟฟ้า ซึ่งการระบุจุดสมมูลได้รับการแก้ไขโดยใช้การวัดทางไฟฟ้าเคมี ตามการจัดหมวดหมู่นี้ มีการไทเทรตโพเทนชิโอเมทรีและการไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริก การไทเทรตแบบวัดความนำไฟฟ้าและการไทเทรตแบบสื่อกระแสไฟฟ้า เป็นต้น

เครื่องมือสำหรับการวัดค่าไฟฟ้าเคมี นอกเหนือจากเซลล์ไฟฟ้าเคมี เครื่องกวน ความต้านทานโหลด รวมถึงอุปกรณ์สำหรับวัดความต่างศักย์ กระแส ความต้านทานของสารละลาย และปริมาณของไฟฟ้า การวัดเหล่านี้สามารถทำได้โดยเครื่องมือตัวชี้ (โวลต์มิเตอร์หรือไมโครมิเตอร์) ออสซิลโลสโคป โพเทนชิโอมิเตอร์บันทึกอัตโนมัติ หากสัญญาณไฟฟ้าจากเซลล์อ่อนมากก็จะถูกขยายโดยใช้เครื่องขยายสัญญาณวิทยุ ในอุปกรณ์ของวิธีการที่มีศักย์ไฟฟ้าภายนอกซ้อนทับ ส่วนสำคัญคืออุปกรณ์สำหรับจัดหาเซลล์ที่มีศักย์ไฟฟ้าที่เหมาะสมของกระแสตรงหรือกระแสสลับที่เสถียร (ขึ้นอยู่กับชนิดของวิธีการ) หน่วยจ่ายไฟสำหรับเครื่องมือวิเคราะห์ไฟฟ้าเคมีมักประกอบด้วยเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าและตัวปรับแรงดันไฟฟ้า ซึ่งช่วยให้มั่นใจถึงความเสถียรของเครื่องมือ

1.2 โพเทนชิโอเมทรี

โพเทนชิโอเมทรีขึ้นอยู่กับการวัดความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรดที่ไม่เหมือนกันซึ่งแช่อยู่ในสารละลายที่มีสารที่จะกำหนด ศักย์ไฟฟ้าเกิดขึ้นที่อิเล็กโทรดเมื่อปฏิกิริยาลดการเกิดออกซิเดชัน (ไฟฟ้าเคมี) ผ่านเข้าไป ปฏิกิริยารีดอกซ์เกิดขึ้นระหว่างตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ด้วยการก่อตัวของคู่รีดอกซ์ ศักยภาพ E ซึ่งถูกกำหนดโดยสมการ Nernst โดยความเข้มข้นของส่วนประกอบของคู่ [ox] และ [rec]:

ที่ไหน อี°- ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน V;

นคือจำนวนอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการ

การวัดโพเทนชิโอเมตริกทำได้โดยการลดอิเล็กโทรดสองขั้วลงในสารละลาย - อิเล็กโทรดตัวบ่งชี้ที่ทำปฏิกิริยากับความเข้มข้นของไอออนที่ถูกกำหนด และอิเล็กโทรดมาตรฐานหรืออิเล็กโทรดอ้างอิง ซึ่งสัมพันธ์กับค่าศักย์ไฟฟ้าของตัวบ่งชี้ที่วัดได้ ใช้ตัวบ่งชี้และอิเล็กโทรดมาตรฐานหลายประเภท

อิเล็กโทรดชนิดแรกสามารถย้อนกลับได้เมื่อเทียบกับไอออนโลหะที่อิเล็กโทรดประกอบด้วย เมื่ออิเล็กโทรดดังกล่าวถูกลดระดับลงในสารละลายที่มีไอออนบวกของโลหะ จะเกิดคู่อิเล็กโทรดขึ้น: เอ็ม น + /เอ็ม.

อิเล็กโทรดชนิดที่สอง มีความไวต่อแอนไอออนและเป็นตัวแทนของโลหะ M ที่เคลือบด้วยชั้นของ MA ของเกลือที่ไม่ละลายน้ำด้วยประจุลบ อา- ซึ่งอิเล็กโทรดมีความอ่อนไหว เมื่อสัมผัสอิเล็กโทรดดังกล่าวกับสารละลายที่มีประจุลบที่ระบุ อา- ศักยภาพ E เกิดขึ้นค่าซึ่งขึ้นอยู่กับผลิตภัณฑ์ของการละลายของเกลือ

ฯลฯ MA และความเข้มข้นของประจุลบ [ อา-] ในการแก้ปัญหา

อิเล็กโทรดประเภทที่สองคือซิลเวอร์คลอไรด์และคาโลเมล อิเล็กโทรดซิลเวอร์คลอไรด์อิ่มตัวและอิเล็กโทรดคาโลเมลรักษาศักย์ไฟฟ้าคงที่และใช้เป็นอิเล็กโทรดอ้างอิง ซึ่งจะวัดศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดตัวบ่งชี้

อิเล็กโทรดเฉื่อย- แผ่นหรือลวดที่ทำจากโลหะที่ออกซิไดซ์ได้ยาก - แพลตตินั่ม, ทอง, แพลเลเดียม ใช้เพื่อวัดค่า E ในสารละลายที่มีคู่รีดอกซ์ (เช่น Fe 3+ /Fe 2+)

อิเล็กโทรดเมมเบรน ชนิดต่าง ๆ มีเมมเบรนที่เมมเบรนมีศักย์ E เกิดขึ้น ค่าของ E ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของความเข้มข้นของไอออนเดียวกันในด้านต่าง ๆ ของเมมเบรน อิเล็กโทรดเมมเบรนที่ง่ายและใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคืออิเล็กโทรดแก้ว

ผสมเกลือที่ไม่ละลายน้ำ AgBr, AgCl, AgIและพลาสติกบางชนิด (ยาง โพลิเอทิลีน โพลีสไตรีน) นำไปสู่การสร้าง อิเล็กโทรดคัดเลือกไอออนบน Br-, Cl-, ฉัน- เลือกดูดซับไอออนที่ระบุจากสารละลายตามหลักเกณฑ์ของ Panet-Fajans-Han เนื่องจากความเข้มข้นของอิออนที่จะกำหนดนอกอิเล็กโทรดแตกต่างจากที่อยู่ภายในอิเล็กโทรด สมดุลบนพื้นผิวเมมเบรนจึงแตกต่างกัน ซึ่งทำให้มีศักยภาพของเมมเบรน

ในการดำเนินการหาค่าโพเทนชิโอเมตริก เซลล์ไฟฟ้าเคมีจะประกอบขึ้นจากอิเล็กโทรดอ้างอิงตัวบ่งชี้ ซึ่งถูกหย่อนลงในสารละลายที่วิเคราะห์แล้วและเชื่อมต่อกับโพเทนชิออมิเตอร์ อิเล็กโทรดที่ใช้ในโพเทนชิโอเมทรีมีความต้านทานภายในขนาดใหญ่ (500-1000 MΩ) ดังนั้นจึงมีโพเทนชิโอมิเตอร์หลายประเภทที่เป็นโวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความต้านทานสูงที่ซับซ้อน ในการวัด EMF ของระบบอิเล็กโทรดในโพเทนชิโอมิเตอร์ วงจรชดเชยจะใช้เพื่อลดกระแสในวงจรเซลล์

ส่วนใหญ่มักจะใช้โพเทนชิโอมิเตอร์สำหรับการวัดค่า pH โดยตรง ความเข้มข้นของไอออนอื่นๆ pNa, pK, pNH?, pClและเอ็มวี การวัดทำได้โดยใช้อิเล็กโทรดคัดเลือกไอออนที่เหมาะสม

ในการวัดค่า pH จะใช้อิเล็กโทรดแก้วและอิเล็กโทรดอ้างอิงซิลเวอร์คลอไรด์ ก่อนทำการวิเคราะห์ จำเป็นต้องตรวจสอบการสอบเทียบเครื่องวัดค่า pH โดยใช้สารละลายบัฟเฟอร์มาตรฐาน ซึ่งช่องแก้ไขจะถูกนำไปใช้กับอุปกรณ์

เครื่องวัดค่า pH นอกเหนือจากการวัดโดยตรง pH, pNa, pK, pNH?, pClและอื่น ๆ ช่วยให้สามารถกำหนดโพเทนชิโอเมตริกของไอออนได้

1.3 การไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริก

การไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริกจะดำเนินการในกรณีที่ไม่สามารถใช้ตัวบ่งชี้ทางเคมีหรือในกรณีที่ไม่มีตัวบ่งชี้ที่เหมาะสม

ในการไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริก อิเล็กโทรดโพเทนชิโอมิเตอร์ที่จุ่มลงในสารละลายไทเทรตจะถูกใช้เป็นตัวบ่งชี้ ในกรณีนี้ จะใช้อิเล็กโทรดที่มีความไวต่อไอออนที่ไทเทรตได้ ในกระบวนการไทเทรต ความเข้มข้นของไอออนจะเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งบันทึกไว้ในมาตราส่วนของโพรบวัดของโพเทนชิออมิเตอร์ หลังจากบันทึกการอ่านโพเทนชิออมิเตอร์ในหน่วย pH หรือ mV แล้ว พวกเขาสร้างกราฟของการพึ่งพาปริมาตรของไทแทรนต์ (กราฟการไทเทรต) กำหนดจุดสมมูลและปริมาตรของไทแทรนต์ที่ใช้สำหรับการไทเทรต จากข้อมูลที่ได้รับ กราฟการไทเทรตโพเทนชิโอเมตริกจะถูกสร้างขึ้น

กราฟการไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริกมีรูปแบบคล้ายกับกราฟการไทเทรตในการวิเคราะห์ไทเทรต จุดสมมูลกำหนดจากกราฟการไทเทรตซึ่งอยู่ตรงกลางของการไทเทรต เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้วาดแทนเจนต์ไปยังส่วนของเส้นโค้งการไทเทรตและกำหนดจุดสมมูลที่อยู่ตรงกลางของแทนเจนต์ของการข้ามของการไทเทรต มูลค่าการเปลี่ยนแปลงสูงสุด ? pH/?Vได้มาที่จุดสมมูล

แม่นยำยิ่งขึ้นไปอีก จุดสมมูลสามารถกำหนดได้โดยวิธี Grant ซึ่งใช้ในการสร้างการพึ่งพา ? วี/?Eเกี่ยวกับปริมาตรของไทแทรนต์ วิธี Gran สามารถใช้ในการไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริกโดยไม่ต้องนำไปที่จุดสมมูล

การไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริกจะใช้ในทุกกรณีของการวิเคราะห์ไทเทรต

การไทเทรตกรด-เบสใช้อิเล็กโทรดแก้วและอิเล็กโทรดอ้างอิง เนื่องจากอิเล็กโทรดแก้วมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของค่า pH ของตัวกลาง เมื่อทำการไทเทรต การเปลี่ยนแปลงของค่า pH ของตัวกลางจะถูกบันทึกบนโพเทนชิออมิเตอร์ การไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริกที่เป็นกรด-เบสประสบความสำเร็จในการไทเทรตกรดและเบสอ่อน (pK? 8) เมื่อทำการไตเตรทส่วนผสมของกรด จำเป็นต้องให้ pK ของกรดต่างกันมากกว่า 4 หน่วย มิฉะนั้น ส่วนหนึ่งของกรดที่อ่อนกว่าจะถูกไทเทรตร่วมกับกรดที่เข้มข้น และการกระโดดของไทเทรตไม่ชัดเจน

วิธีนี้ช่วยให้คุณใช้โพเทนชิโอเมตริกเพื่อสร้างกราฟการไทเทรตทดลอง เลือกตัวบ่งชี้สำหรับการไทเทรต และกำหนดค่าความเป็นกรดและค่าคงที่ของความเป็นเบส

ในการไทเทรตโพเทนชิโอเมตริกแบบตกตะกอน อิเล็กโทรดโลหะถูกใช้เป็นตัวบ่งชี้ ประกอบเป็นคู่อิเล็กโทรดที่มีอิออนที่จะถูกกำหนด

ในการไทเทรตเชิงซ้อน มีการใช้สิ่งต่อไปนี้: a) อิเล็กโทรดโลหะที่สามารถย้อนกลับเป็นไอออนของโลหะที่จะถูกกำหนด; b) อิเล็กโทรดแพลตตินัมต่อหน้าคู่รีดอกซ์ในสารละลาย เมื่อส่วนประกอบหนึ่งของคู่รีดอกซ์ถูกจับโดยไทแทรนต์ ความเข้มข้นของมันจะเปลี่ยนไป ซึ่งทำให้ศักยภาพของอิเล็กโทรดแพลตตินั่มเปลี่ยนแปลงไป นอกจากนี้ยังใช้การไทเทรตย้อนกลับของสารละลาย EDTA ส่วนเกินที่เติมลงในเกลือโลหะด้วยสารละลายของเกลือเหล็ก (III)

ในการไทเทรตรีดอกซ์ จะใช้อิเล็กโทรดอ้างอิงและอิเล็กโทรดตัวบ่งชี้แพลทินัมที่ไวต่อคู่รีดอกซ์

การไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริกเป็นหนึ่งในวิธีการวิเคราะห์ด้วยเครื่องมือที่ใช้กันมากที่สุดเนื่องจากความเรียบง่าย ความสามารถในการเข้าถึง ความสามารถในการคัดเลือก และความเป็นไปได้ที่หลากหลาย

1.4 การวัดความนำไฟฟ้า การไทเทรตแบบวัดความนำไฟฟ้า

การวัดความนำไฟฟ้าขึ้นอยู่กับการวัดค่าการนำไฟฟ้าของสารละลาย หากวางอิเล็กโทรดสองขั้วในสารละลายของสสาร และความต่างศักย์ถูกนำไปใช้กับอิเล็กโทรด กระแสไฟฟ้าก็จะไหลผ่านสารละลาย เช่นเดียวกับตัวนำไฟฟ้า สารละลายมีลักษณะความต้านทาน Rและในทางกลับกัน - การนำไฟฟ้า หลี่:

ที่ไหน R- ความต้านทานโอห์ม;

ความต้านทาน, โอห์ม ซม.;

ส - พื้นที่ผิว ซม. 2 .

ที่ไหน หลี่ - การนำไฟฟ้า Ohm-1;

R- ความต้านทานโอห์ม

การวิเคราะห์ความนำไฟฟ้าดำเนินการโดยใช้เครื่องวัดความนำไฟฟ้า - อุปกรณ์ที่วัดความต้านทานของสารละลาย ตามปริมาณความต้านทาน Rหาค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายที่มีขนาดซึ่งกันและกัน หลี่.

การหาความเข้มข้นของสารละลายทำได้โดยการวัดค่าการนำไฟฟ้าโดยตรงและการไทเทรตแบบ conductometric การนำไฟฟ้าโดยตรงใช้เพื่อกำหนดความเข้มข้นของสารละลายจากกราฟการปรับเทียบ ในการรวบรวมกราฟการสอบเทียบ จะมีการวัดค่าการนำไฟฟ้าของชุดสารละลายที่มีความเข้มข้นที่ทราบ และสร้างกราฟการสอบเทียบของการพึ่งพาการนำไฟฟ้าตามความเข้มข้น จากนั้นจึงวัดค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายที่วิเคราะห์และหาความเข้มข้นจากกราฟ

ใช้บ่อยขึ้น การไทเทรตแบบนำไฟฟ้า. ในเวลาเดียวกัน สารละลายที่วิเคราะห์แล้วจะถูกวางในเซลล์ที่มีอิเล็กโทรด เซลล์จะถูกวางบนเครื่องกวนแม่เหล็ก และไทเทรตด้วยไทแทรนต์ที่เหมาะสม ไทแทรนต์ถูกเติมในส่วนเท่าๆ กัน หลังจากเพิ่มแต่ละส่วนของไทแทรนต์แล้ว ค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายจะถูกวัดและกราฟจะถูกพล็อตระหว่างค่าการนำไฟฟ้าและปริมาตรของไทแทรนต์ เมื่อเติมไทแทรนต์ ค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายจะเปลี่ยนเป็น t.e. มีการผันแปรของเส้นโค้งการไทเทรต

จาก p การเคลื่อนที่ของไอออนขึ้นอยู่กับไฟฟ้า การนำไฟฟ้าของสารละลาย: ยิ่งมีความคล่องตัวสูง ไอออน b ไฟฟ้ามากขึ้น การนำไฟฟ้าของสารละลาย

การไทเทรตแบบ conductometric มีข้อดีหลายประการ สามารถทำได้ในสภาพแวดล้อมที่ขุ่นและมีสี โดยไม่มีตัวบ่งชี้ทางเคมี วิธีการนี้มีความไวสูงและช่วยให้สามารถวิเคราะห์สารละลายเจือจางของสารได้ (สูงถึง 10-4 โมล/dmi) การไทเทรตแบบ conductometric วิเคราะห์สารผสมเพราะ ความแตกต่างในการเคลื่อนที่ของไอออนต่างๆ มีความสำคัญและสามารถไทเทรตต่างกันได้เมื่อมีกันและกัน

การวิเคราะห์การนำไฟฟ้าทำได้ง่ายโดยอัตโนมัติ หากป้อนสารละลายไทแทรนต์จากบิวเรตในอัตราคงที่ และการเปลี่ยนแปลงค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายจะถูกบันทึกลงในเครื่องบันทึกแผนภูมิ

การนำไฟฟ้าประเภทนี้เรียกว่า โครโน- การวิเคราะห์การนำไฟฟ้า.

สามารถใช้การไทเทรตกรด-เบสแบบนำไฟฟ้าเพื่อกำหนดกรดแก่ กรดอ่อน เกลือของเบสอ่อน และกรดแก่ได้

ที่ หยาดน้ำฟ้า conductometricการไทเทรตค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายไทเทรตจะลดลงหรือยังคงอยู่ที่ระดับคงที่ก่อนเนื่องจากการจับอิเล็กโทรไลต์ที่ไทเทรตกับตะกอน หลังจากกล่าวคือ เมื่อไทแทรนต์ส่วนเกินปรากฏขึ้น ไทแทรนต์จะเพิ่มขึ้นอีกครั้ง

ที่ ซับซ้อนการไทเทรตแบบเมตริกคอนโทเมตริกการเปลี่ยนแปลงค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายเกิดขึ้นเนื่องจากการยึดเหนี่ยวของไอออนบวกของโลหะเข้ากับสารเชิงซ้อนกับ EDTA

รีดอกซ์ conductometricไทโตร- อิงขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของไอออนที่ทำปฏิกิริยาและการปรากฏตัวของไอออนใหม่ในสารละลาย ซึ่งจะเปลี่ยนค่าการนำไฟฟ้าของสารละลาย

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีการพัฒนา การนำไฟฟ้าความถี่สูงซึ่งอิเล็กโทรดจะไม่สัมผัสกับสารละลาย ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในการวิเคราะห์ตัวกลางและสารละลายที่มีฤทธิ์รุนแรงในภาชนะปิด

พัฒนาสองตัวเลือก - ตรงการวัดค่าการนำไฟฟ้าความถี่สูงและการไทเทรตความถี่สูง

การวัดค่าการนำไฟฟ้าความถี่สูงโดยตรงใช้เพื่อกำหนดความชื้นของสาร เมล็ดพืช ไม้ ความเข้มข้นของสารละลายในภาชนะปิด - หลอดบรรจุ ในการวิเคราะห์ของเหลวที่มีฤทธิ์รุนแรง

การไทเทรตความถี่สูงดำเนินการกับเครื่องไทเทรตพิเศษ - TV-6, TV-6L

การไทเทรตความถี่สูงแบบ conductometric จะดำเนินการตามประเภทของกรด-เบส รีดอกซ์ หรือการไทเทรตแบบตกตะกอน ในกรณีที่ไม่มีตัวบ่งชี้ที่เหมาะสมหรือเมื่อวิเคราะห์สารผสมของสาร

1.5 คูลอมเมตริก การไทเทรตคูลอมเมตริก

ในคูลอมเมตรี สารถูกกำหนดโดยการวัดปริมาณไฟฟ้าที่ใช้ไปในการเปลี่ยนแปลงทางเคมีไฟฟ้าเชิงปริมาณ การวิเคราะห์คูลอมเมตริกจะดำเนินการในเซลล์อิเล็กโทรไลต์ซึ่งมีการวางสารละลายของสารที่วิเคราะห์ไว้ เมื่อใช้ศักย์ไฟฟ้าที่เหมาะสมกับอิเล็กโทรดของเซลล์ จะเกิดการรีดักชันทางเคมีไฟฟ้าหรือออกซิเดชันของสาร ตามกฎของอิเล็กโทรไลซิสที่ฟาราเดย์ค้นพบ ปริมาณของสารที่ทำปฏิกิริยาที่อิเล็กโทรดเป็นสัดส่วนกับปริมาณไฟฟ้าที่ไหลผ่านสารละลาย:

ที่ไหน g- มวลของสารที่ปล่อยออกมา g;

นคือจำนวนอิเล็กตรอนที่ถ่ายโอนในกระบวนการอิเล็กโทรด

F- หมายเลขฟาราเดย์ (F = 96485 C/mol);

ฉัน- ความแรงของกระแส A;

t-เวลา s;

เอ็ม- มวลโมลาร์ของสารที่ปล่อยออกมา g/mol

การวิเคราะห์ด้วยคูลอมเมตริกทำให้สามารถระบุสารที่ไม่ได้สะสมบนอิเล็กโทรดหรือระเหยไปในบรรยากาศระหว่างปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า

แยกแยะความแตกต่างระหว่างการไทเทรตคูลอมเมตริกโดยตรงและการไทเทรตคูลอมเมตริก. ความแม่นยำและความไวสูงของวิธีการวัดกระแสไฟฟ้าให้การวิเคราะห์คูลอมเมตริกที่มีความแม่นยำเฉพาะตัวที่ 0.1-0.001% และความไวสูงถึง 1 10 -8 ? 1 10 -10 ก. ดังนั้น การวิเคราะห์คูลอมเมตริกจึงใช้เพื่อกำหนดจุลภาคและผลิตภัณฑ์จากการย่อยสลายของสาร ซึ่งมีความสำคัญในการควบคุมคุณภาพ

สำหรับบ่งชี้เช่น ในการไทเทรตแบบคูลอมเมตริก สามารถใช้วิธีทางเคมีและเครื่องมือได้ - การเพิ่มตัวบ่งชี้ การตรวจจับสารประกอบสีโดยวิธีโฟโตเมตริกหรือสเปกโตรโฟโตเมตริก

ซึ่งแตกต่างจากวิธีการวิเคราะห์อื่นๆ คูลอมเมตรีสามารถทำงานอัตโนมัติได้อย่างเต็มที่ ซึ่งช่วยลดข้อผิดพลาดแบบสุ่มในการกำหนด คุณลักษณะนี้ใช้ในการสร้างเครื่องไทเทรตคูลอมเมตริกอัตโนมัติ ซึ่งเป็นเครื่องมือที่มีความละเอียดอ่อนซึ่งใช้สำหรับการวิเคราะห์ที่มีความแม่นยำสูงเมื่อวิธีอื่นๆ ไม่มีความไวเพียงพอ เมื่อวิเคราะห์สารที่ละลายได้ไม่ดีในน้ำ สามารถใช้คูลอมเมตรีกับอิเล็กโทรดที่ทำจากอะเซทิลีนแบล็คซึ่งเป็นตัวดูดซับที่ดีและดึงสารดังกล่าวออกจากตัวกลางที่ทำปฏิกิริยาด้วยความสมบูรณ์เพียงพอ การไทเทรตแบบคูลอมเมตริกเป็นวิธีการวิเคราะห์ด้วยเครื่องมือที่ได้ผลดี สามารถใช้กันอย่างแพร่หลายในการแก้ปัญหาการวิเคราะห์พิเศษจำนวนหนึ่ง เช่น การวิเคราะห์สิ่งเจือปน ยาจำนวนเล็กน้อย การกำหนดสารพิษ ธาตุติดตาม และสารประกอบอื่นๆ ในวัสดุชีวภาพและสิ่งแวดล้อม

บทสรุป

บทความนี้นำเสนอการทบทวนวิธีการวิจัยทางไฟฟ้าเคมีหลัก โดยมีการอธิบายหลักการ การใช้งาน ข้อดีและข้อเสียอย่างละเอียด

วิธีวิเคราะห์เคมีไฟฟ้า -- กลุ่มวิธีการวิเคราะห์ทางเคมีเชิงปริมาณโดยอาศัยการใช้อิเล็กโทรลิซิส

ความหลากหลายของวิธีการ ได้แก่ การวิเคราะห์ด้วยน้ำหนักคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (การวิเคราะห์ด้วยไฟฟ้า) อิเล็กโทรไลซิสภายใน การแลกเปลี่ยนโลหะสัมผัส (การประสาน) การวิเคราะห์เชิงโพลาโรกราฟี คูลอมเมตรี ฯลฯ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การวิเคราะห์ด้วยน้ำหนักน้ำหนักเกินจะอิงจากการชั่งน้ำหนักสารที่ปล่อยออกมาบนอิเล็กโทรดตัวใดตัวหนึ่ง วิธีการนี้ไม่เพียงแต่จะทำการวัดเชิงปริมาณของทองแดง นิกเกิล ตะกั่ว ฯลฯ แต่ยังรวมถึงการแยกสารผสมด้วย

นอกจากนี้ วิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมียังรวมถึงวิธีการที่ใช้การวัดค่าการนำไฟฟ้า (การนำไฟฟ้า) หรือศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรด (โพเทนชิโอเมทรี) วิธีการทางเคมีไฟฟ้าบางอย่างใช้เพื่อค้นหาจุดสิ้นสุดของการไทเทรต (การไทเทรตแบบแอมเพอโรเมตริก การไทเทรตแบบ conductometric การไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริก

รายชื่อวรรณคดีใช้แล้ว

1. พื้นฐานของการวิเคราะห์ไฟฟ้าเคมีสมัยใหม่ Budnikov G.K. , Maistrenko V.N. , Vyaselev M.R. , M. , Mir, 2003

2. เจ. พลามเบ็ค, เอ็ด. SG Mairanovsky วิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมี พื้นฐานของทฤษฎีและการประยุกต์ใช้: ต่อ. จากอังกฤษ. / Vidannya: Mir, 1985.

3. Damaskin B.B. , Petriy O.A. , Tsirlina G.A. เคมีไฟฟ้า - ม.: เคมี 2544 624 หน้า

4. STO 005-2015. ระบบการจัดการคุณภาพ กิจกรรมการศึกษาและระเบียบวิธี การลงทะเบียนโครงการหลักสูตร (ผลงาน) และผลงานที่มีคุณสมบัติทางเทคนิคขั้นสุดท้าย

โฮสต์บน Allbest.ru

...

เอกสารที่คล้ายกัน

การจำแนกประเภทของวิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมี สาระสำคัญของโวลแทมเมทรี conductometry โพเทนชิโอเมทรี แอมเพอโรเมทรี คูลอมเมตรี การประยุกต์ใช้ในการปกป้องสิ่งแวดล้อม ลักษณะของอุปกรณ์วิเคราะห์เคมีและผู้ขายหลัก

ภาคเรียนที่เพิ่ม 01/08/2010


วิธีการทางเคมีไฟฟ้าขึ้นอยู่กับการวัดค่าพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าของปรากฏการณ์ไฟฟ้าเคมีที่เกิดขึ้นในสารละลายทดสอบ การจำแนกวิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมี โพเทนชิโอเมตริก, conductometric, คูลอมเมตริกไทเทรต

บทคัดย่อ, เพิ่ม 01/07/2011


การจำแนกวิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมี การกำหนดโพเทนชิโอเมตริกของความเข้มข้นของสารในสารละลาย หลักการของการนำไฟฟ้า ประเภทของปฏิกิริยาในการไทเทรตแบบ conductometric การวิเคราะห์เชิงปริมาณเชิงปริมาณ คูลอมเมตริกโดยตรง

ภาคเรียน, เพิ่ม 04/04/2013


สาระสำคัญของวิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้า ความสามารถในการรับข้อมูลการทดลองเกี่ยวกับจลนศาสตร์และอุณหพลศาสตร์ของระบบเคมี ข้อดี ข้อเสีย และความเหมาะสมของโวลแทมเมทรี คอนดักเตอร์เมทรี โพเทนชิโอเมทรี แอมเพอโรเมทรี และคูลอมเมตรี

บทคัดย่อ เพิ่มเมื่อ 11/20/2009


ลักษณะทั่วไปของการวิเคราะห์โพเทนชิโอเมตริก อิเล็กโทรดตัวบ่งชี้ (การแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนและการเลือกไอออน) ประเภทของวิธีการวิเคราะห์โพเทนชิโอเมตริก โพเทนชิโอเมตริกโดยตรงและการไทเทรตโพเทนชิโอเมตริก การวัด EMF ของวงจรไฟฟ้าเคมี

ภาคการศึกษาที่เพิ่ม 06/08/2012


แนวคิดทั่วไป เงื่อนไขในการดำเนินการ และการจำแนกประเภทวิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมี การวิเคราะห์โพเทนชิโอเมตริก (โพเทนชิโอเมทรี) การไทเทรตแบบแอมเพอโรเมตริก (การไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริก) การวิเคราะห์เชิงปริมาณเชิงปริมาณ

นามธรรมเพิ่ม 01.10.2012


วิธีการวิจัยทางไฟฟ้าเคมี การจำแนกและสาระสำคัญ ประวัติการเกิดขึ้น การหาความเข้มข้นของกรดโดยการไทเทรตแบบ conductometric; ศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรด, EMF ของเซลล์กัลวานิก, ค่าเทียบเท่าไฟฟ้าเคมีของทองแดง

กระดาษภาคเรียนเพิ่ม 12/15/2014


การศึกษาวิธีการวิเคราะห์โพเทนชิโอเมตริก การวิเคราะห์และประเมินผลงานวิจัย การศึกษาเทคนิคการวิเคราะห์โพเทนชิโอเมตริกที่ประยุกต์ใช้กับวัตถุนี้ การกำหนดความเป็นไปได้ของการใช้วิธีการสำหรับการวิเคราะห์โพเทนชิโอเมตริกของผลิตภัณฑ์เนื้อสัตว์

ภาคเรียนที่เพิ่ม 16/09/2017


วิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมีขั้นพื้นฐาน ลักษณะทั่วไปของการวิเคราะห์โพเทนชิโอเมตริก ประเภทของวิธีการวิเคราะห์โพเทนชิโอเมตริก การใช้เซลล์กัลวานิกที่มีอิเล็กโทรดสองขั้ว ขั้นตอนการวัดศักยภาพของอิเล็กโทรดตัวบ่งชี้

ภาคเรียน, เพิ่ม 08/11/2014


การจำแนกประเภทของวิธีการวิเคราะห์ด้วยเครื่องมือตามพารามิเตอร์ที่กำลังกำหนดและวิธีการวัด สาระสำคัญของการไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริก แอมเพอโรเมตริก โครมาโตกราฟี และโฟโตเมตริก การหาปริมาณสังกะสีคลอไรด์ในเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ