Методите за електрохимичен анализ се основават на процеса. Електрохимични методи за изследване. Анализ на отпадъчни води

Електрохимични методиАнализът се основава на изследване и използване на процеси, протичащи на повърхността на електрода или в околоелектродното пространство. Като аналитичен сигнал може да служи всеки електрически параметър (потенциал, сила на тока, съпротивление и др.), който е функционално свързан с концентрацията на анализирания разтвор и може да бъде правилно измерен.

Има директни и индиректни електрохимични методи. При директните методи се използва зависимостта на силата на тока (потенциал и др.) от концентрацията на анализираното вещество. При косвените методи силата на тока (потенциал и др.) се измерва, за да се намери концентрацията.

Приложение в анализа хранителни продуктиоткрива потенциометрия, кондуктометрия и волтаметрия.

Потенциометричен метод за анализ

Потенциометричният метод се основава на измерване на електродвижещите сили на обратими галванични клетки и се използва за определяне на концентрацията на йони в разтвор. IN Този методуравнението на Нернст се използва активно:

E \u003d E ° + R * T / (n * F) ln (оксид / възстановяване)

Където E° е стандартният потенциал на редокс системата; R е универсалната газова константа; T - абсолютна температура; F е константата на Фарадей; n е броят на електроните, участващи в електродната реакция; а оксидът и редукцията са дейностите съответно на окислената и редуцирана форма на редокс системата.

Основните предимства на потенциометричния метод са неговата висока точност, висока чувствителност и възможност за извършване на титруване в по-разредени разтвори, отколкото позволяват визуалните индикаторни методи. Трябва също да се отбележи, че този метод може да се използва за определяне на няколко вещества в един разтвор без предварително разделяне и титруване в мътна и оцветена среда.

Този метод дава възможност да се анализират хранителни продукти за:

наличието на нитрити и нитрати в месните продукти;

· определяне на киселинността на млечни продукти, бира, ечемик и други зърнени култури;

измерване на pH на сиропи;

определяне на калий в мляко;

Определяне на нишесте в колбаси.

Кондуктометричен метод за анализ

Кондуктометричният метод се основава на промяната на електрическата проводимост на разтворите в зависимост от концентрацията на присъстващите заредени частици.

Обектите на такъв анализ са електролитни разтвори.

Основните предимства на кондуктометрията:

висока чувствителност (долна граница на определените концентрации ~ 10 -4 -10 -5 M), сравнително висока точност (относителна грешка на определяне 0,1-2%), простота на методите, наличие на оборудване, възможност за изследване на цветни и мътни разтвори, както и автоматизация на анализа.

Кондуктометричният метод на анализ позволява да се определи:

сулфати в разтвор

· определение лимонена киселинав плодови и ягодоплодни суровини;

пепел в захар и меласа.

Амперометричен метод за анализ (волтаметрия)

Волтаметрията е група от методи, базирани на процесите на електрохимично окисление или редукция на аналита, протичащи върху микроелектрода и причиняващи появата на дифузен ток. Методите се основават на изследване на криви ток-напрежение, които отразяват зависимостта на силата на тока от приложеното напрежение. Волтамперограмите позволяват едновременно получаване на информация за качествения и количествения състав на анализирания разтвор, както и за естеството на електродния процес.

За да се извърши анализ на ток-напрежение, към електродната система се прилага напрежение от външен източник. Чрез промяна на напрежението се изследва зависимостта на силата на дифузионния ток от приложената потенциална разлика, която се описва с волтамограма.

Графиката има вълнова форма и се състои от 3 секции. Раздел I - от началото на регистрацията на аналитичния сигнал до началото на електрохимичната реакция през клетката преминава ток. Раздел II - рязко увеличаване на тока поради електрохимична реакция. Раздел III - дифузионният ток, достигнал граничната стойност, остава практически постоянен, електрохимичната реакция е завършена.

С този метод могат да се извършват следните анализи на храните, които ще определят:

амилоза в нишесте

· тежки металив млечните продукти;

аскорбинова киселина в напитки и сокове.

Курсова работа

«ЕЛЕКТРОХИМИЧНИ МЕТОДИ

ПРОУЧВАНЕ"

Въведение

1. Теоретична основаелектрохимични методи за изследване

1.1 История на метода

1.2 Описание на електрохимичните методи за изследване

1.3 Потенциометрия

1.4 Кондуктометрия

1.5 Кулонометрия

1.6 Волтаметрия

1.7 Електрогравиметрия

2. Експериментална част от електрохимичните методи за изследване

2.1 Определяне на концентрацията на киселини чрез кондуктометрично титруване

2.2 Потенциометрично титруване

2.3 Електролиза

2.4 Определяне на електродни потенциали

2.5 Определяне на ЕМП на галванична клетка

Заключение

Библиография

Въведение

IN модерен святВсе повече се наблюдава влиянието на научно-техническия прогрес върху всички сфери на нашия живот. В тази връзка има нужда от по-точни и по-бързи методи за анализ. Електрохимичните изследователски методи (ECMI) отговарят най-силно на тези изисквания. Те са основните физикохимични методи за изследване на веществата.

ECMI се основават на процесите, протичащи върху електродите или междуелектродното пространство. Те са едни от най-старите физични и химични методи за изследване (някои са описани в края на 19 век). Предимството им е висока точност и сравнителна простота. Високата точност се определя от много точни закони, използвани в EMHI, например закона на Фарадей. Голямо удобство е, че ECMI използва електрически ефекти и фактът, че резултатът от това въздействие (отговор) също се получава под формата на електрически сигнал. Това осигурява висока скорост и точност на броене, отваря широки възможности за автоматизация. ECMI се отличават с добра чувствителност и селективност, в някои случаи те могат да бъдат приписани на микроанализа, тъй като понякога по-малко от 1 ml разтвор е достатъчен за анализ.

Оборудването, предназначено за електрохимичен анализ, е сравнително евтино, лесно достъпно и лесно за използване. Поради това тези методи се използват широко не само в специализирани лаборатории, но и в много индустрии.

Целта на работата: изучаването на електрохимични методи за изследване на състава на веществото.

За постигането на тази цел беше необходимо да се решат следните задачи:

разгледа електрохимичните методи за изследване, тяхната класификация и същност;

да изучават потенциометричното и кондуктометричното титруване, определянето на електродните потенциали и електродвижещата сила (ЕМС) на галваничен елемент, както и процеса на електролиза в практиката.

Обект на изследване: приложение на електрохимични методи при анализ на свойствата и състава на материята.

Предмет на изучаване: механизми на електрохимичните процеси, потенциометрия, кондуктометрия, кулометрия, волтаметрия, електрогравиметрия.

електрохимично титруване галванично

1.Теоретични основи на електрохимичните методи за изследване

1 История на произхода на метода

Систематичните електрохимични изследвания станаха възможни едва след създаването на постоянен достатъчно мощен източник на електрически ток. Такъв източник се появява в началото на 18-19 век. в резултат на работата на Л. Галвани и А. Волта. Докато изучава физиологичните функции на жаба, Галвани случайно създава електрохимична верига, състояща се от два различни метала и мускула на препариран жабешки бут. При докосване на стъпалото, фиксирано с меден държач, с желязна тел, също свързана с държача, мускулът се свиваше. Подобни намаления настъпиха под влияние на електрически разряд. Галвани обяснява това явление със съществуването на "животински електричество". Друго тълкуване на тези експерименти дава Волта, който смята, че електричеството възниква в точката на контакт на два метала и свиването на мускула на жабата е резултат от преминаването на електрически ток през него. Ток възниква и когато гъбест материал (кърпа или хартия), импрегниран със солена вода, се поставя между два метални диска, например цинк и мед, и веригата се затваря. Свързвайки последователно 15-20 такива "елемента", Волта през 1800 г. създава първия химически източник на ток - "волтовата колона".

Влиянието на електричеството върху химичните системи веднага заинтересува много учени. Още през 1800 г. У. Никълсън и А. Карлайл съобщават, че водата се разлага на водород и кислород, когато през нея премине електрически ток с помощта на платинени и златни жици, свързани към "волтова колона". Най-важното от ранните електрохимични изследванияса дело на английския химик Х. Дейви. През 1807 г. той изолира елемента калий чрез пропускане на ток през леко навлажнен твърд калиев хидроксид. За източник на напрежение служи батерия от 100 галванични клетки. По подобен начин се получава метален натрий. По-късно Дейви, използвайки живачен електрод, изолира магнезий, калций, стронций и барий чрез електролиза.

Асистентът на Дейви, М. Фарадей, изследва връзката между количеството електричество (произведението на силата на тока и времето), протичащо през интерфейса електрод/разтвор и химичните промени, които причинява. Създаден е инструмент (сега известен като газов кулометър) за измерване на количеството електричество чрез обема на водород и кислород, освободени в електролитната клетка, и е показано (1833), че количеството електричество, необходимо за получаване на дадено количество вещество не зависи от размера на електродите, разстоянието между тях и броя на пластините в батерията, захранваща клетката. Освен това Фарадей установява, че количеството вещество, освободено по време на електролиза, е право пропорционално на неговия химичен еквивалент и количеството електричество, преминало през електролита. Тези две основни положения се наричат ​​закони на Фарадей. Заедно със своя приятел W. Whewell, специалист по класическа филология, Фарадей също така разработва нова терминология в електрохимията. Той нарече проводниците, потопени в разтвора, електроди (преди те се наричаха полюси); въвежда понятието "електролиза" ( химически променисвързан с преминаването на ток), "електролит" (проводящата течност в електрохимичните клетки), "анод" (електродът, при който протича реакцията на окисление) и "катод" (електродът, при който протича реакцията на редукция). Той нарече носители на заряд в течности йони (от гръцки „скитник“, „скитник“), а йоните, движещи се към анода (положителния електрод), бяха наречени „аниони“, а към катода - „катиони“. Изследванията на Фарадей върху електромагнитната индукция доведоха до създаването на електрически генератори, които направиха възможно извършването на електрохимични процеси в индустриален мащаб.

Фарадей обясни способността на разтворите да преминават електрически ток чрез наличието на йони в тях, но самият той и други учени, като И. Гиторф и Ф. Колрауш, вярваха, че йоните се появяват под въздействието на ток. През 1884 г. S. Arrhenius предполага, че всъщност йоните се образуват просто чрез разтваряне на сол във вода. Работата на S. Arrhenius, J. van't Hoff и W. Ostwald е важен крайъгълен камък в развитието на теорията за електролитите и идеите за физикохимичните свойства на разтворите и тяхната термодинамика. Съгласието между теорията и експерименталните данни за йонната проводимост и равновесията в разтвора стана по-пълно, след като P. Debye и E. Hückel взеха предвид електростатичните взаимодействия на дълги разстояния между йони през 1923 г.

Първият опит да се открият причините за потенциалната разлика между разтвора и метала е направен през 1879 г. от Г. Хелмхолц, който показва, че тази потенциална разлика се причинява от двоен електрически слой, положителна странакойто се намира върху метала, отрицателен - в течността. Така Г. Хелмхолц разглежда двойния слой като плосък кондензатор. Този модел на двойния слой дълго време остава извън полезрението на електрохимиците. Микросветът на границата метал-разтвор, където протичат електрохимичните процеси, все още „чака“ своето време.

Френският физик J. Gouy през 1910 г. и английският електрохимик D. Chapman през 1913 г. показват, че електролитните йони не са разположени в една и съща равнина (както си представя Г. Хелмхолц), а образуват определена "дифузна" област (докато се отдалечават от повърхностния метал, концентрацията на йони постепенно се променя). Теорията за двуслойната структура на Gouy-Chapman е доразвита от немския учен О. Стърн. През 1924 г. той предлага да се вземе предвид размерът на йоните и ефектът от адсорбцията на йони и диполни молекули на разтворителя, когато се описва структурата на двойния електрически слой. Изследването на диференциалния капацитет на двойния слой с помощта на нови методи на изследване позволи на съветския учен академик А.Н. Фрумкин през 1934-1935 г. и американския учен Д. Греъм през 1941 г., за да установят границите на приложимост на теорията на Гуи-Чапман-Стърн. А.Н. Фрумкин предположи, че несъответствието между теорията и експерименталните данни се дължи на дискретния характер на разпределението на заряда в двойния слой. Тази идея, изразена за първи път през 1935 г., е доразвита през 1940-те и 1950-те години.

Сериозен принос в електрохимичната термодинамика и конкретно в изясняването на природата на електрическия потенциал (напрежение) в електрохимичната клетка и баланса между електрическата, химичната и топлинната енергия имат Дж. Гибс и В. Нернст. Ю. Тафел (1905), Дж. Бътлър (1924), М. Волмер (1930), А.Н. Фрумкин (1930-1933).

2 Описание на електрохимичните методи за изследване

Като инструмент за ECM служи електрохимична клетка, която представлява съд с електролитен разтвор, в който са потопени поне два електрода. В зависимост от проблема, който се решава, формата и материала на съда, броят и естеството на електродите, разтворът, условията за анализ (приложено напрежение (ток) и записан аналитичен сигнал, температура, смесване, продухване с инертен газ и др.) могат да бъдат различни. Определяемото вещество може да бъде включено както в състава на електролита, запълващ клетката, така и в състава на един от електродите. Ако окислително-редукционната реакция протича спонтанно върху електродите на клетката, т.е. без прилагане на напрежение от външен източник, а само поради потенциалната разлика (ЕМП) на нейните електроди, тогава такава клетка се нарича галванична клетка. Ако е необходимо, клетката може да бъде свързана към външен източник на напрежение. В този случай, чрез прилагане на достатъчно напрежение, е възможно да се промени посоката на окислително-редукционната реакция и тока към обратното на това, което се случва в галваничния елемент. Редокс реакцията, която протича върху електродите под действието на външен източник на напрежение, се нарича електролиза и електрохимична клетка, който е консуматор на енергия, необходима за протичане на химична реакция в него, се нарича електролитна клетка.

ECMI се разделя на:

) кондуктометрия - измерване на електропроводимостта на тестовия разтвор;

) потенциометрия - измерване на безтоковия равновесен потенциал на индикаторния електрод, за който изпитваното вещество е потенциоопределящо;

) кулометрия - измерване на количеството електричество, необходимо за пълната трансформация (окисление или редукция) на изследваното вещество;

) волтаметрия - измерване на стационарни или нестационарни поляризационни характеристики на електроди в реакции с участието на тестваното вещество;

) електрогравиметрия - измерване на масата на вещество, освободено от разтвор по време на електролиза.

ECMI може да се подраздели според използването на електролиза. Кулонометрията, волтаметрията и електрогравиметрията се основават на принципите на електролизата; електролизата не се използва в кондуктометрията и потенциометрията.

EHMI имат самостоятелно значениеза директно химичен анализ, но може да се използва като спомагателен при други методи за анализ. Например, може да се използва в титриметрията за регистриране на края на титруването не с помощта на химичен индикатор за промяна на цвета, а чрез промяна на потенциала, електропроводимостта на тока и т.н.

Нека разгледаме по-подробно процесите, протичащи в електрохимичните изследвания.

Електродът е система, в най-простия случай, състояща се от две фази, от които твърдата има електронна, а другата - течност - йонна проводимост. Твърдата фаза с електронна проводимост се счита за проводник от първи род, а течната фаза с йонна проводимост - от втори род. Когато тези два проводника влязат в контакт, се образува двоен електрически слой (DEL). Това може да е резултат от обмена на йони между твърдата и течната фази или от специфичната адсорбция на катиони или аниони върху повърхността на твърдата фаза, когато тя е потопена във вода или разтвор.

С йонния механизъм на образуване на DES, например, в случай, че химическият потенциал на атомите на повърхността на метал (твърда фаза) е по-голям от химичния потенциал на йоните в разтвора, тогава атомите от металната повърхност ще преминат в разтвор под формата на катиони: Me ? аз z+ +зе -. Освободените електрони в този случай зареждат повърхността на твърдата фаза отрицателно и поради това привличат положително заредени йони на разтвора към повърхността. В резултат на това на фазовата граница се образуват два противоположно заредени слоя, които са като че ли плочи от вид кондензатор. За по-нататъшния преход на заредени частици от една фаза в друга, те трябва да извършат работа, равна на потенциалната разлика между плочите на този кондензатор. Ако химическият потенциал на атомите на повърхността на твърдата фаза е по-малък от химическия потенциал на йоните в разтвора, тогава катионите от разтвора преминават към повърхността на твърдата фаза, зареждайки я положително: Me z+ +зе - ? аз Както в първия, така и във втория случай тези процеси не протичат безкрайно дълго, а докато се установи динамично равновесие, което може да бъде представено чрез обратим редокси преход от типа на Мезе -? аз z+ или в общ случайО + I0 ? червен z+ .

Процесите, при които се извършва връщането или прикрепването на електрони към електродите, се наричат ​​електродни процеси.

Нернст получи формула, свързваща разликата между вътрешните потенциали на EDL и активностите (концентрациите) на частиците, участващи в обратимия редокси преход:

Където ?(Me) е потенциалът на заредения слой на твърдата фаза;

?(разтвор) е потенциалът на слоя разтвор, съседен на твърдата фаза;

??0- стандартен електроден потенциал; - универсална газова константа (8,31 J/K mol); - температура, K; - число на Фарадей (96 488 C/mol); е броят на електроните, участващи в редокси прехода;

a (Ox) и a (Red) са активностите на окислената (Ox) и редуцирана (Red) форми на веществото в редокси прехода, mol/L.

Задайте вътрешните потенциали на отделните фази ?(Аз и ?(p - p), за съжаление, експериментално невъзможно. Всеки опит за свързване на разтвора с проводник към измервателния уред води до появата на нова контактна повърхност на фазата метал-разтвор, тоест появата на нов електрод със собствена потенциална разлика, която влияе върху измервания.

Въпреки това е възможно да се измери разликата ?(аз)- ?(p - p) с помощта на галванична клетка. Галваничната клетка е система, съставена от два различни електрода, която има способността спонтанно да преобразува химическата енергия на протичащата в нея окислително-редукционна реакция в електрическа енергия. Електродите, които изграждат галваничен елемент, се наричат ​​полуклетки. Редокс реакцията, протичаща в галваничния елемент, е пространствено разделена. Окислителната полуреакция протича върху полуклетка, наречена анод (отрицателно зареден електрод), а редукционната полуреакция протича върху катода.

Електродвижещата сила (ЕМС) на галваничния елемент е алгебрично съставена от разликите във вътрешните потенциали на съставните му електроди. Следователно, ако вземем електрод с известна стойност на вътрешната потенциална разлика като един полуелемент ?(аз)- ?(разтвор), тогава измерената стойност на ЕМП може да се използва за изчисляване на необходимата потенциална разлика на изследвания електрод.

За тази цел е обичайно да се използва стандартен (нормален) водороден електрод (виж фиг. 1). Състои се от платинена плоча или тел, покрита с платинено черно (фина платина), потопена в киселинен разтвор C=1 mol/l, налягането на водорода над който е 0,1 MPa (1 atm). Под каталитичното влияние на черната платина в електрода се извършва обратим редокс преход. Разликата във вътрешните потенциали за водороден електрод в съответствие с формулата на Нернст е:

Фигура 1. Схема на стандартен водороден електрод

тъй като \u003d 1 mol / l и p (H2 ) = 1 atm, тогава

?(аз)- ?(p - p) = ??0(2H+ /H 2).

Решение международен съюзв теоретичната и приложна химия (IUPAC), конвенционално е прието да се разглежда стойността ??0(2H +/H 2) = 0,00 V. Очевидно в този случай измерената стойност на ЕМП на галваничния елемент, който включва водороден електрод, е равна на разликата във вътрешните потенциали на втория електрод. Тази ЕМП обикновено се нарича електроден потенциал или редокси потенциал и се обозначава с буквата Е. Преходът от вътрешни потенциали към редокси потенциали не променя природата на формулата на Нернст:

За повечето електроди стойността на електродния потенциал при единични активности на окислените и редуцирани форми (Е 0), измерени и изброени в справочници.

При нормални условия и прехода от естествени към десетични логаритми предлогаритмичният фактор става равен на 0,0591 и формулата става

Трябва да се помни, че формулата на Нернст свързва равновесния потенциал с активностите (концентрациите) на редокси двойката, т.е. потенциал, придобит от изолиран електрод. Следователно за аналитичните вериги измерването на потенциала на електрода трябва да се извършва при условия, възможно най-близки до равновесието: при липса на ток във външната верига на галваничния елемент и след време, достатъчно за постигане на равновесие. Въпреки това, в реални условияток може да тече през електродите. Например през електродите в галваничен елемент протича ток, чиято работа е свързана с преминаването на заредени частици през интерфейса „разтвор-твърда фаза“ и това насочено движение на частиците е ток. Токът протича през електродите по време на електролиза, което означава набор от редокс процеси, протичащи върху електродите в разтвори и стопилки на електролитни електроди под действието на външен електрически ток. По време на електролиза могат да се извършват процеси, противоположни на тези, протичащи в галваничния елемент.

Когато ток (i) протича през електрода, неговият потенциал се променя и придобива определена стойност Ei, различна от потенциала на електрода в равновесни (изолирани) условия Ep. Процесът на изместване на потенциала от Ep към Еi и разликата Еi-Ep се нарича поляризация

E=Ei-Ep. (5)

Не всички електроди са обект на поляризационни процеси. Електродите, чийто потенциал не се променя, когато през тях протича ток, се наричат ​​неполяризиращи, а електродите, които се характеризират с поляризация, се наричат ​​поляризуеми.

Неполяризиращите електроди включват например електроди от тип II, а поляризуемите включват всички метални и амалгамени електроди.

1.3 Потенциометрия

Потенциометрията е електрохимичен метод за изследване и анализ на вещества, основан на зависимостта на равновесния електроден потенциал от активността на концентрациите на определяния йон, описан с уравнението на Нернст (1).

Зависимостта на електродните потенциали от естеството на електродните процеси и активността на веществата, участващи в тях, позволява да се използва измерването на EMF (потенциометричен метод) за намиране на коефициентите на активност на електролитите, стандартните електродни потенциали, константите на равновесие, продуктите на разтворимост , pH разтвори и др. Предимствата на потенциометричния метод са точност, обективност и бързина.

Известно е, че

е важна характеристикарешение и определя възможността и характера на много реакции.

Потенциометричното определяне на pH се основава на използването на така наречените индикаторни електроди, в които водородните йони участват в електродната реакция, а потенциалът зависи от pH. Чрез измерване на ЕМП на елемента, съдържащ индикаторния електрод с тестовия разтвор, е възможно да се изчисли pH на този разтвор. Електродът с известен потенциал трябва да се вземе като втори електрод.

елемент емф

з 2| тестов разтвор || KCl, Hg2 кл 2| hg

Потенциометричният метод за определяне на pH ви позволява да намерите pH на мътна и оцветена среда. Когато се използва водороден електрод като индикатор, е възможно да се определи рН на разтворите в широк диапазон (от рН 1 до рН 14). Недостатъкът е необходимостта от продължително насищане на електрода с водород за постигане на равновесие. Не може да се използва в присъствието на повърхностно активни вещества и определени соли.

Схемата на използвания в този случай елемент е следната:

| hg 2кл 2, KC л || тестов разтвор + хинхидрон | точка,

неговият ЕДС е

(10)

Потенциометричният метод за определяне на pH на разтвор с помощта на хинхидронов електрод е много прост. Приложим е за разтвори с pH от 1 до 8. В алкална среда, както и при наличие на окислители или редуциращи агенти, хинхидроновият електрод е неподходящ.

Като индикаторен електрод често се използва така нареченият стъклен електрод. Това е тънкостенна стъклена топка, вътре в която е поставен референтен електрод, например сребърен хлорид. Стъклото е преохладен силикатен разтвор, съдържащ катиони на алкални метали и тип аниони. Стъклената топка предварително се държи в силен киселинен разтвор, където катионите се обменят между стъклото и разтвора и стъклото се насища с водородни йони. При определяне на рН стъклен електрод и друг еталонен електрод се спускат в тестовия разтвор. Резултатът е следната верига:

Скокът на потенциала?1 на границата между стъклото и разтвора на калиев хлорид, включен в референтния електрод, е постоянен поради постоянството на концентрацията на този разтвор. Потенциалният скок?2 зависи от концентрацията на тестовия разтвор и може да бъде написан

(11)

Където ?о и m са константи за даден стъклен електрод. Като вземем предвид потенциалните скокове на стъклената повърхност, получаваме

(12)

(13)

Където . Оттук

(14)

Константи за даден стъклен електрод ?° и m се определят с предварителна градуировка. За целта стъклен електрод се поставя в няколко буферни разтвора с известно pH и се измерва ЕМП на веригата. Освен това, съгласно формула (14), се намира рН на изследваните разтвори.

Нека да преминем към разглеждането на коефициента на активност на електролита. Помислете за верига с двойна концентрация без пренос, съдържаща два електролитни разтвора:

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

а1 а2

Където а1 И а2 - средна йонна активност на разтвори на HCl. Може да се използва за определяне на коефициента на активност на HCl. ЕДС на тази верига е

(15)

Заместване числови стойности R, F и T = 298 K и преходът към десетични логаритми дава

(16)

Заместете в полученото уравнение

(17)

където m 1- средна молалност; ?1- среден коефициент на активност на електролита.

Прехвърляме в лявата страна на уравнението количествата, определени емпирично, и получаваме

(18)

С оглед на факта, че в граничния случай на безкрайно разреден разтвор, той трябва да бъде близо до идеалния и ?1 ? 1, тогава B е

(19)

Изграждаме графика на зависимостта (или, което е по-удобно, тъй като дава линия, близка до права линия) и екстраполираме към. Така определяме B графично (фиг. 2).

Фигура 2. Определяне на коефициента на активност на електролита

Коефициентът на активност се изчислява по уравнението

(20)

4 Кондуктометрия

Кондуктометрия- набор от електрохимични методи за анализ, базирани на измерване на електропроводимостта на течни електролити, която е пропорционална на тяхната концентрация.

Измерванията на електрическата проводимост (кондуктометрия) позволяват решаването на редица теоретични и практически задачи. Такива измервания могат да се извършват бързо и точно. С помощта на кондуктометрия е възможно да се определи константата и степента на дисоциация на слаб електролит, разтворимостта и продукта на разтворимост на слабо разтворими вещества, йонният продукт на водата и други физикохимични величини. В производството кондуктометричните измервания се използват за избор на електролитни разтвори с достатъчно висока проводимост, с изключение на непродуктивни енергийни разходи, за бързи и точно определениесъдържание на разтворено вещество, за автоматичен контрол на качеството на различни течности и др.

При кондуктометрично титруване ходът на реакцията се наблюдава чрез промяната в електрическата проводимост след всяко добавяне на титруващ реагент. Не изисква използването на индикатори и може да се извърши в непрозрачна среда. В процеса на кондуктометрично титруване йоните на титруваното вещество се заместват с йони на добавения реагент. Точката на еквивалентност се определя от рязка промяна в електропроводимостта на разтвора, което се обяснява с различната подвижност на тези йони.

На фиг. 3 са показани кривите на зависимостта на специфичната електропроводимост (x) от обема V на добавения реагент. Титруване силна киселинасилна основа или силна основа със силна киселина (крива l), на кривата на титруване се образува минимум, съответстващ на заместването на водородни или хидроксилни йони с по-малко подвижни йони на получената сол. Титруване слаба киселинасилна основа или слаба основа със силна киселина (крива 2) в точката на еквивалентност, стръмността на кривата се променя, което се обяснява с по-значителна дисоциация на получената сол в сравнение с дисоциацията на изходното вещество. В случай на титруване на смес от силна (а) и слаба (б) киселини със силна основа (крива 3) се наблюдават две точки на еквивалентност.

Фигура 3. Кондуктометрични криви на титруване.

С помощта на таблици на йонна електропроводимост или чрез измервания ?при различни концентрации на разтвора и последваща екстраполация до нулева концентрация, може да се намери ?°. Ако измерваме електрическата проводимост на разтвор с дадена концентрация, тогава според уравнението

(22)

получаваме връзката

(23)

Фигура 4. Ориентация на молекулите на полярния разтворител близо до електролитни йони

От уравненията

(24) и , (25)

ако приемем, получаваме

(26)

(27)

Остава да се вземе предвид, че стойността ?се дължи само на този електролит и не включва електропроводимостта на разтворителя, т.е.

5 Кулонометрия

Кулонометрия- електрохимичен метод за изследване, базиран на измерване на количеството електричество (Q), преминало през електролизера по време на електрохимично окисление или редукция на вещество върху работния електрод. Съгласно унифицирания закон на Фарадей, масата на електрохимично преобразувано вещество (P) в g е свързана с Q в C чрез връзката:

(28)

където M е молекулната или атомна маса на веществото, n е броят на електроните, участващи в електрохимичната трансформация на една молекула (атом) на веществото (M/n е електрохимичният еквивалент на веществото), F е константата на Фарадей.

Кулонометрията е единственият физико-химичен метод за изследване, който не изисква стандартни проби. Прави се разлика между директна кулонометрия и кулонометрично титруване. В първия случай се определя електрохимично активно вещество, във втория случай, независимо от електрохимичната активност на аналита, в тествания разтвор се въвежда електрохимично активен спомагателен реагент, продуктът от електрохимичната трансформация на който химически взаимодейства с аналита с висока скорост и количествено. И двата варианта на кулонометрия могат да се извършват при постоянен потенциал E на работния електрод (потенциостатичен режим) или при DCелектролиза I ъъъ (галваностатичен режим). Най-често използваните директна кулонометрия при константа Е и кулонометрично титруване при константа I ъъъ . За кулонометрично изследване трябва да бъдат изпълнени следните условия: електрохимичната трансформация на дадено вещество трябва да протича със 100% токова ефективност, т.е. не трябва да има странични електрохимични и химични процеси; имаме нужда от надеждни начини за определяне на количеството електричество и определяне на момента на завършване на електрохимична или химична реакция. При директната кулонометрия се осигурява 100% токова ефективност, ако стойността на E се поддържа постоянна в областта на ограничаващия дифузионен ток I пр върху волтамограмата на аналита. В този случай анализираният разтвор не трябва да съдържа чужди вещества, способни на електрохимична трансформация при същите условия. Количеството електроенергия обикновено се определя с помощта на електронни токови интегратори. Понякога използват по-малко точни инструменти - кулометри различни видове, както и планометрични и изчислителни методи. В последните два случая за завършване на електролизата се счита моментът, в който I ъъъ пада до стойността на фоновия ток I f , така че количеството електричество, необходимо за завършване на електродната реакция, е равно на разликата Q относно -В f , където Q относно е общото количество електроенергия, Q f - количество електричество, измерено при същите условия за същото време на електролиза t ъъъ , но в отсъствието на аналита. Ако електрохимичната реакция е от първи ред, тогава

(29)

(30)

където аз T и аз о - ток на електролиза, съответно, в момент t и at ?=0, - площ на повърхността на електрода, - електрохимичен коефициент на дифузия активен в-ва,

?е дебелината на дифузионния слой, е обемът на разтвора в клетката.

Продължителността на електролизата не зависи от първоначалната концентрация на веществото, но намалява значително с увеличаване на съотношението S/V и при интензивно разбъркване на разтвора. Можем да считаме електролизата за завършена, когато аз ъъъ става равно на 0,1 I 0или 0,01 I 0(в зависимост от необходимата точност на анализа). При планометричния метод, за да се установи Q, се измерва площта под кривата I ? - ?, защото

(31)

При изчислителния метод последното уравнение се решава чрез заместване в него на израза за I ?. Да намеря аз 0и K" израз за I ?вземете логаритми и изградете права линия lg I от няколко (5-7) точки ?-?, чийто наклон е равен на K", а точката на пресичане с оста y съответства на lg I 0, т.е. за да се определи Q, не е необходимо да се извършва електролизата до края и да се измерва I 0, чиято стойност е слабо възпроизведена.

Инсталациите за кулонометрични изследвания се състоят от потенциостат или галваностат, записващ потенциометър или токов интегратор, електролизатор и индикаторна система (в случай на използване на физични и химични методи за установяване на края на химическа реакция при кулонометрично титруване).

Електролизерите обикновено са стъклени съдове, в които катодната и анодната камера са разделени от диафрагма (например от поресто стъкло). Благородни метали (Pt, Au), електроди от втори вид и по-рядко въглеродни материали (графит, стъкловъглен и др.) Използват се като работни и спомагателни (затварящи веригата на електролиза) електроди. Разтворът, в който е потопен работният електрод, обикновено се разбърква с магнитна бъркалка; ако е необходимо, експериментът се провежда в атмосфера на инертен газ.

Предимства на кулонометричното титруване: няма нужда от стандартизиране на титрантни разтвори; титрантът се добавя на много малки порции (почти непрекъснато); разтворът не се разрежда; възможно е да се генерират електрохимично неактивни титранти, например комплексон III, както и слабо стабилни силни окислители и редуциращи агенти, по-специално Mn (III), Pb (IV), Cr (II), V (II), Ti(III).

6 Волтаметрия

Волтаметрия- набор от електрохимични методи за изследване и анализ, основани на изследване на зависимостта на силата на тока в електролитна клетка от потенциала на индикаторния микроелектрод, потопен в анализирания разтвор, върху който реагира изследваното електрохимично активно (електроактивно) вещество.

Освен индикатора, в клетката е поставен допълнителен електрод с много по-висока чувствителност, така че при преминаване на тока потенциалът му практически да не се променя (неполяризиращ се електрод). Потенциалната разлика между индикаторния и спомагателния електрод Е се описва с уравнението

където U е поляризационното напрежение, е съпротивлението на разтвора.

В анализирания разтвор се въвежда индиферентен електролит (фон) във висока концентрация, за да се намали, първо, стойността на R и, второ, да се изключи миграционният ток, причинен от действието на електрическо поле върху електроактивни вещества (остаряло - деполяризатори). При ниски концентрации на тези вещества спадът на омичното напрежение IR в разтвора е много малък. За пълно компенсиране на омичния спад на напрежението се използват потенциостатиращи и триелектродни клетки, съдържащи допълнителен референтен електрод. В тези условия

Като индикаторни микроелектроди се използват неподвижни и въртящи се - от метал (живак, сребро, злато, платина), въглеродни материали (например графит), както и капещи електроди (от живак, амалгама, галий). Последните са капиляри, от които капка по капка тече течен метал. Волтаметрията с използване на капещи електроди, чийто потенциал се променя бавно и линейно, се нарича полярография (методът е предложен от J. Geyrovsky през 1922 г.). Референтните електроди обикновено са електроди от втори вид, като каломел или сребърен хлорид. Кривите на зависимост I \u003d f (E) или I \u003d f (U) (волтамограми) се записват със специални устройства - полярографи с различни конструкции.

Фигура 5. Волтамограма, получена с помощта на въртящ се дисков електрод

Волтамперограмите, получени с помощта на въртящ се или капещ електрод с монотонна промяна (линейно размахване) на напрежението, имат формата, показана схематично на фигура 5. Участъкът на нарастване на тока се нарича вълна. Вълните могат да бъдат анодни, ако електроактивното вещество се окислява, или катодни, ако се редуцира. Когато окислената (Ox) и редуцираната (Red) форми на веществото присъстват в разтвора, реагирайки доста бързо (обратимо) върху микроелектрода, на волтамограмата се наблюдава непрекъсната катодно-анодна вълна, пресичаща абсцисната ос при потенциал съответстващ на окислително-редукционния. потенциал на системата Ox/Red в дадена среда. Ако електрохимичната реакция върху микроелектрода е бавна (необратима), волтамограмата показва анодна вълна на окисление на редуцираната форма на веществото и катодна вълна на редукция на окислената форма (при по-отрицателен потенциал). Образуването на областта на ограничаващия ток върху волтамограмата е свързано или с ограничена скорост на масов трансфер на електроактивното вещество към повърхността на електрода чрез конвективна дифузия (ограничаващ дифузионен ток, I д ), или с ограничена скорост на образуване на електроактивно вещество от определения компонент в разтвора. Такъв ток се нарича ограничаваща кинетика, а силата му е пропорционална на концентрацията на този компонент.

Формата на вълната за обратима електрохимична реакция се описва от уравнението:

(33)

където R е газовата константа, T е абсолютната температура, е потенциалът на полувълната, т.е. потенциал, съответстващ на половината от височината на вълната. Стойността е характеристика на дадено електроактивно вещество и се използва за идентифицирането му. Когато електро химична реакцияпредшества адсорбцията на аналита върху повърхността на електрода, волтамограмите показват не вълни, а пикове, което се свързва с изключителната зависимост на адсорбцията от потенциала на електрода. Волтамограмите, записани по време на линейна промяна (размахване) на потенциала със стационарен електрод или върху една капка от капещ електрод, също показват пикове, чийто низходящ клон се определя от изчерпването на приелектродния слой на разтвора с електроактивно вещество. Височината на пика е пропорционална на концентрацията на електроактивното вещество. В полярографията ограничаващият дифузионен ток (в μA), осреднен за живота на една капка, се описва от уравнението на Илкович:

(34)

където n е броят на електроните, участващи в електрохимичната реакция, C е концентрацията на електроактивното вещество, D е неговият коефициент на дифузия, животът на живачна капка, m е скоростта на изтичане на живак.

Волтаметрията се използва: за количествен анализ на неорганични и органична материяв много широка гама от съдържание - от 10 -10 % до десетки %; да изучава кинетиката и механизма на електродните процеси, включително етапа на пренос на електрони, предшестващи и последващи химични реакции, адсорбция на изходни продукти и продукти от електрохимични реакции и др.; да изследва структурата на двойния електрически слой, равновесието на комплексообразуването в разтвор, образуването и дисоциацията на интерметални съединения в живак и на повърхността на твърди електроди; за избор на условия за амперометрично титруване и др.

7 Електрогравиметрия

Електрогравиметрията е електрохимичен метод за изследване, основан на определяне на увеличаването на масата на работния електрод поради освобождаването на определен компонент върху него в резултат на електролиза. Обикновено аналитът се отлага като метал (или оксид) върху предварително претеглен платинен катод (или анод). Моментът на завършване на електролизата се задава с помощта на специфичен сензитив качествена реакциякъм определяния йон. Работният електрод се измива, подсушава и претегля. Чрез разликата в масите на електрода преди и след електролиза се определя масата на утаения метал или оксид.

Теоретичният потенциал на метално утаяване на катода може да се изчисли от стандартните електродни потенциали E 0. Например, когато Cu(II) се определя в кисел разтвор, съответните реакции протичат на платинов катод и анод:

При условия на електролиза катодният потенциал при 25 °C се описва от уравнението на Нернст:

(35)

В началото на електролизата, когато повърхността на катода не е покрита с мед, a (Cu) е безкрайно малка стойност; при наличие на ток, достатъчен за запълване на повърхността на катода с мед, a (Cu) се доближава до единица. На практика, за да протичат електрохимичните реакции със забележима скорост, е необходимо по-високо напрежение от теоретично изчисления потенциал на освобождаване E. Това се дължи на пренапрежението на кислорода в платиновия анод и спада на омичното напрежение в клетката.

Електрогравиметрията е селективен метод: ако началните концентрации на компонентите са равни, е възможно отделно разделяне на електрода с разлика в техните електродни потенциали от порядъка на 0,3 V (за еднозаредени йони) или 0,1 V (за двузаредени йони). ).

Електролизата може да се извърши при постоянно напрежение между електродите, при постоянен ток или при контролиран потенциал на работния електрод. В случай на електрогравиметрия при постоянно напрежение, потенциалът на работния електрод се измества към по-отрицателна област поради поляризацията. Последицата от това е намаляване на селективността поради възникването на допълнителна реакция (изолиране на други метали или газообразен H 2). Този вариант на електрогравиметрия е подходящ за определяне на лесно редуцируеми вещества в присъствието на примеси, които са по-трудни за редуциране от Н йони. +. В края на електролизата може да се освободи газообразен Н 2. Въпреки че, за разлика от кулонометрията, не е необходима 100% токова ефективност на аналита, освобождаването на H 2често води до образуване на утайки с незадоволителни физични свойства. Поради това се препоръчва в анализирания разтвор да се въведат вещества, които се редуцират по-лесно от Н йони. +(хидразин, хидроксиламин) и по този начин предотвратява освобождаването на Н2 .

Ако електролизата се извършва при постоянна сила на тока, е необходимо периодично да се увеличава външното напрежение, приложено към клетката, за да се компенсира намаляването на тока, причинено от поляризацията на концентрацията. В резултат на това анализът става по-малко селективен. Понякога обаче е възможно да се свържат интерфериращите катиони в силни комплексни съединения, възстановявайки се при по-отрицателен потенциал от аналита, или предварително отстранете интерфериращия йон под формата на слабо разтворимо съединение. Методът се използва например за определяне на Cd в алкален разтвор на неговия цианид, Co и Ni в разтвор на амониев сулфат, Cu в смес от сярна и азотна киселина.

Електрогавиметрията е известна от 1860-те години. и се използва за определяне на металите, използвани за сечене на монети в различни сплави и руди. Това е нестандартен метод, който може да се счита за най-простата версия на кулонометрията. По отношение на точността и възпроизводимостта на резултатите, електрогравиметрията превъзхожда други методи за определяне на такива метали като Сu, Sn, Pb, Cd, Zn. Въпреки относителната продължителност на експеримента, електрогравиметрията все още се използва за анализ на сплави, метали и разтвори за електролитни бани.

2.Експериментална част от електрохимичните методи за изследване

1 Определяне на концентрацията на киселина чрез кондуктометрично титруване

Целта на лабораторната работа:определяне на концентрацията на оцетна и солна киселина чрез кондуктометрично титруване.

Оборудване и реактиви:общ лабораторен модул, компютър, бюрета, пипети Mora за 5 и 10 ml; разтвори: 0,1 N разтвори на NaOH, HCl и CH 3COOH с неизвестна концентрация.

Напредък

Кондуктометричното титруване включва два експеримента:

Опит #1

Инсталирайте бюретата и чашата. Изсипете 10 ml от разтвора в чашата, разположена в сензора на апарата, с пипета на Мор. на солна киселина. Нивото на разтвора в чашата трябва да бъде 3-5 mm над горния електрод и сензора. Разредете разтвора с вода. Включете магнитната бъркалка. Напълнете бюретата с 0,1 N разтвор. NaOH. Извършваме измерване с помощта на общ лабораторен модул, свързан към персонален компютър.

Химия на процеса

Обработка на резултатите

1)По време на измерването компютърът измерва електрическата проводимост на даден разтвор, които са обобщени в таблица 1.

Таблица 1. Зависимост на електропроводимостта от обема на основата, използвана за титруване на солна киселина.

V(NaOH), ml0246891010.51112131415L, mS9.2929.329.2959.2899.2789.2719.269.259.2419.219.1359.2489.256

)Изграждаме графика на зависимостта на електрическата проводимост от обема на основата, използвана за титруване на солна киселина (Фигура 6).

Фигура 6. Зависимост на електрическата проводимост от обема на основата, използвана за титруване на солна киселина.

Veq (NaOH) = 13 ml

4)Използвайки закона за еквивалентите, изчисляваме концентрацията на солна киселина:

от тук (37)

Опит #2

Опитът се провежда с 5 ml разтвор на оцетна киселина. По-нататъшните действия са същите като в предишния експеримент.

Химия на процеса

Обработка на резултатите

1)По време на измерването компютърът измерва електропроводимостта на даден разтвор, която е обобщена в таблица 2.

Таблица 2. Зависимост на електрическата проводимост от обема на основата, използвана за титруване на оцетна киселина.

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

)Изграждаме графика на зависимостта на електрическата проводимост от обема на основата, използвана за титруване на оцетна киселина (Фигура 7).

Фигура 7. Зависимостта на електрическата проводимост от обема на основата, използвана за титруване на оцетна киселина.

3)Намираме точката на еквивалентност на графиката:

Veq (NaOH) = 5 ml

)Използвайки закона за еквивалентите, изчисляваме концентрацията на оцетна киселина:

Заключение

В хода на тази работа ние определихме концентрациите на солна и оцетна киселина чрез кондуктометрично титруване:

2 Потенциометрично титруване

Мишена: да се запознаят с метода на потенциометричното титруване. Задайте точките на еквивалентност, когато титрувате силна киселина със силна основа, слаба киселина със силна основа.

Оборудване: pH метър, стъклен електрод, електрод от сребърен хлорид, бехерова чаша 100 ml; 0,1 N разтвор на НС1; CH 3СООН; 0,5 n. КОН разтвор; бюрета, магнитна бъркалка.

Напредък

Опит #1

Изсипете 15 ml от 0,1 N разтвор в чаша с помощта на пипета. солна киселина, спуснете плъзгача, поставете чашата върху магнитната бъркалка и я включете след спускане на електродите (уверете се, че стъкленият електрод не докосва плъзгача).

Изключено положение на pH метъра "-1-14" и "0-t" са натиснати. За да промените, натиснете бутона "pH" и премахнете стойността на долната скала. След това добавете разтвор от 0,1 N. алкали 1-3 ml и фиксирайте стойността на pH. Поставяме микробюретите така, че алкалите да изтичат на капки. При наближаване на точката на еквивалентност добавяме алкални вещества в много малки дози. Стъклото по време на експеримента е на магнитна бъркалка и разтворът непрекъснато се разбърква.

След рязка промяна на pH на разтвора, добавяме малко количество алкали и постоянно фиксираме pH.

Химия на процеса

Обработка на резултатите

1)В резултат на този експеримент получихме следните резултати:

Таблица 3. Зависимост на стойността на рН от обема на основата, използвана за титруване на оцетна киселина.

V(KOH), ml12345678910pH4.004.154.154.004.204.304.294.945.004.91

Продължение на таблицата. 3

V(KOH), мл

)Въз основа на получените данни начертаваме зависимостта на pH от обема на основата, използвана за титруване (Фигура 8).

Фигура 8. Титруваща крива за солна киселина

)Според графиката (Фигура 8) определяме точката на еквивалентност.

V eq (NaOH) = 16,5 ml

Опит #2

Извършваме подобно титруване с 0,1 N. CH3 COOH.

Химия

Обработка на резултатите

1)В резултат на този експеримент получихме следните данни:

Таблица 4. Зависимост на стойността на рН от обема на основата, използвана за титруване на оцетна киселина.

V(KOH), мл

)Въз основа на получените данни начертаваме зависимостта на pH от обема на основата, използвана за титруване (Фигура 9).

Фигура 9. Крива на титруване на оцетната киселина

)Според графиката (Фигура 9) определяме точката на еквивалентност. eq (NaOH) = 14,2 ml

Заключение

В хода на тази работа ние определихме точката на еквивалентност на разтвори на солна и оцетна киселина по метода на потенциометричното титруване.

Точка на еквивалентност за разтвор на солна киселина:

V eq (NaOH) = 16,5 ml

Точка на еквивалентност за разтвор на оцетна киселина: eq (NaOH) = 14,2 ml

3 Електролиза

Цел на работата: определяне на електрохимичния еквивалент на медта.

Оборудване: токоизправител, амперметър, вана с електролит и два медни електрода, хронометър, аналитична везна, 5% разтвор на CuSO 4, проводници за монтаж на устройството.

Напредък

Електрохимичен еквивалент - количеството вещество, което е претърпяло химична трансформация на електрода при преминаване на единица електричество, при условие че цялата преминала електроенергия се изразходва само за трансформацията на това вещество.

(38)

където E е електрохимичният еквивалент,

?е моларната маса на съединението,

?q е броят на електроните, необходими за електрохимичната трансформация на една молекула от това съединение.

Моларна маса на еквивалента на вещество, което е претърпяло химична трансформация на електрода (Meq ) е равно на:

(39)

където m е масата на отложеното вещество,

F - константата на Фарадей,

I - сила на тока,

t е времето, през което е протичал токът.

За да определим електрохимичния еквивалент E, сглобяваме устройство, при което токът от източника преминава през токоизправител и електролитна баня, амперметър, свързан последователно. Когато се включи, медта се освобождава върху медния електрод, който е катод. Анодът, също от мед, се разтваря. За да може медта да се отложи върху катода, да образува плътен слой и да не се отлепва по време на експеримента, изкривявайки резултатите, трябва да използвате ток, който не надвишава 0,05 A на 1 cm 2катодна повърхност. За да направите това, преди началото на експеримента, с помощта на милиметрова линийка, определете повърхността на катода и изчислете максимално допустимия ток.

Преди започване на експеримента катодът се потапя в 20-30% разтвор за 1-2 секунди. азотна киселинаи след това изплакнете обилно с дестилирана вода.

По време на работа е важно да не докосвате повърхността на катода, потопен в електролита, т.к. дори леки следи от мазнина нарушават адхезията на медния катоден депозит.

След това фиксираме катода във волтметър, който напълваме с разтвор на CuSO 4. Катодът се изважда от електролитната баня, измива се с дестилирана вода, изсушава се и се претегля на аналитична везна. След това катодът отново се поставя във вана с електролит и се пристъпва към експеримента. В същото време включете тока и стартирайте хронометъра. Експериментът продължава 40-50 минути. В същото време изключете тока и спрете хронометъра. Катодът се отстранява от електролита, промива се с дестилирана вода, изсушава се и се претегля.

По време на електролиза протичат следните химични реакции:

)Дисоциация на разтвор на меден (II) сулфат:

2)Редокс реакции на електроди:

Обработка на резултатите

1)В резултат на тази лабораторна работа получихме следните данни (Таблица 5):

Таблица 5. Данни за проведените лабораторна работа.

Сила на тока (I), A1.8 Време, през което протича токът (t), s2527 Тегло на катода преди експеримента, изразено в маса, g24.42 Тегло на катода след експеримента, изразено в маса, g25.81 Тегло на отложеното вещество, изразено в маса (m), r1.39 2)Изчисляване на електрохимичния еквивалент:

)Изчисляване на еквивалент на моларна маса, абсолютна и относителна грешка:

Заключение.

В хода на тази работа ние определихме електрохимичния еквивалент на медта, моларната маса на еквивалента на медта, както и абсолютната и относителната грешка.

2.4 Определяне на електродни потенциали

Цел на работата: измерване на потенциала на медни и цинкови електроди в разтвори на техните соли с различна активност. Сравнете измерените потенциални стойности с изчисленията, използвайки уравнението на Нернст.

Оборудване: pH метър, меден електрод, цинков електрод, електрод от сребърен хлорид, U-образна тръба с наситен разтвор на KCl, шкурка, разтвори на CuSO 4и ZnSO 4с различна концентрация.

Напредък

За измерване на потенциали от 1-ви вид, ние сглобяваме верига, състояща се от измервателно устройство, измерван електрод и референтен електрод. Всъщност ние измерваме ЕМП на галванична клетка

| AgCl, KCl || CuSO4 | Cu;

Zn | ZnSO4 || KCl, AgCl | Ag.

Потенциалът на сребърнохлоридния електрод (електрод от 2-ри вид) е постоянен, зависи само от активността на Cl йони и е равен на Ag | AgCl (наситен разтвор на KC1) = 0,2 V. Това е референтен електрод.

За да елиминираме дифузния потенциал, използваме мостове, пълни с наситен разтвор на KCl.

Използваме pH метър за измерване на потенциали. Свързваме сребърнохлоридния електрод към специален гнездо "референтен електрод" (на арматурното табло на VSP), а измервателният електрод през специален щепсел към гнездото "измерване - 1", "измерване - 2".

Химия на процеса

За галваничен елемент Ag | AgCl, KCl || CuSO4 | Cu:

За галванична клетка Zn | ZnSO4 || KCl, AgCl | Ag:

Обработка на резултатите

1)В резултат на измерване на потенциалите на медния електрод при различни активности на Cu йони 2+получихме следните данни:

¾ за меден електрод (таблица 6):

Таблица 6. Лабораторни данни за меден електрод.

?измерване, VSn, mol * equiv-1 * l-1 ?lg a ?изчислено, B0.2100.10.38-1.72120.2862230.3510.20.36-1.44370.2944110.3600.50.25-1.20410.3014780.3611.00.23-0.93930, 309291

¾ за цинков електрод (таблица 7):

Таблица 6. Лабораторни данни за цинков електрод.

?измерване, VSn, mol * equiv-1 * l-1 ?lg a ?изчислено, 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) Начертаваме зависимостта на електродния потенциал от lg a (Cu2+).

¾ за меден електрод (Фигура 10):

Фигура 10. Зависимост на потенциала на електрода от логаритъма на активността на медни (II) йони

¾ за цинков електрод (Фигура 11):

Фигура 11. Зависимост на потенциала на електрода от логаритъма на активността на цинковите йони

.Изчисляваме потенциалите на електродите съгласно уравнението на Нернст (1):

¾ за меден електрод:

¾ за цинков електрод:

Заключение: в хода на тази работа ние измервахме потенциалите на медни и цинкови електроди при различни концентрации на CuSO 4и ZnSO 4съответно, и също така изчисляват тези електродни потенциали съгласно уравнението на Нернст, в резултат на което заключават, че с увеличаване на концентрацията, електродните потенциали на медните и цинковите електроди нарастват.

5 Определяне на ЕМП на галванична клетка

Цел: да се определи ЕМП на галванична клетка.

Оборудване: цинков и меден електрод, разтвори на CuSO 4и ZnSO 4, електрод от сребърен хлорид, pH метър, шкурка, U-образна тръба с наситен разтвор на KC1, 0.1N. и 1н. Разтвор на CuSO 4, 0.1n. и 1н. Разтвор на ZnSO4 ,

Напредък

Изсипете половината разтвори на CuSO в две чаши 4и ZnSO 4. В първия поставяме електрод от мед, във втория - от цинк.

Електродите се почистват предварително с шкурка и се измиват. Свързваме проводниците към рН метъра на задния панел към входовете "Промяна 1" и "Ел. сравни." Затваряме външната верига с U-образна тръба, пълна с наситен разтвор на KCl в агар-агар.

Преди измерване устройството се загрява за 30 минути. Когато веригата е сглобена, пристъпваме към измервания, натискаме бутона "mV" и гледаме показанията на устройството на долната скала "1-14". За по-точно определяне на ЕМП натиснете бутона за желания диапазон. За преобразуване на измерените стойности във волтове, числителят на стойността се умножава по 0,1.

За да извършим работата, измерваме ЕМП на елементи в разтвори с концентрация 1N. и 0.1n. и сравнете тези данни с изчисленията. Намираме абсолютната и относителната грешка.

Химия на процеса

За даден галваничен елемент

| ZnSO4 || KCl, AgCl | Ag

типични са следните реакции:

Общото уравнение на реакцията, протичаща в медно-цинкова галванична клетка:

Обработка на резултатите

1)В резултат на тази работа получихме следните резултати (Таблица 6):

Таблица 6. Данни за проведената лабораторна работа

Решения ?изм, В ?изчислено, VОтносителна грешка, %0.1n. CuSO4 и 0.1n. ZnSO41.0871.0991.0921n. CuSO4 и 0.1n. ZnSO41.0821.0931.0061n. CuSO4 и 1n. ZnSO41.0601.070.935

)Изчисляваме ЕМП:

Потенциалите се изчисляват съгласно уравнението на Нернст (1). Стандартните електродни потенциали са взети от референтни данни.

За разтвори от 0,1N. CuSO 4 и 0.1n. ZnSO 4:

За разтвори на 1N. CuSO 4 и 0.1n. ZnSO 4:

За разтвори на 1N. CuSO 4 и 1н. ZnSO 4:

Заключение: в тази работа ние определихме ЕМП на галванична клетка в разтвори с различни концентрации:

при концентрация 0,1N. CuSO4 и 0.1n. ZnSO4,

при концентрация 1N. CuSO4 и 0.1n. ZnSO4,

при концентрация 1N. CuSO4 и 1n. ZnSO4;

и също така определи относителната грешка: съответно 1,092%, 1,006%, 0,935%. В резултат на това се стигна до заключението, че с повишаване на концентрацията на E.D.S. при галваничния елемент намалява.

Заключение

В тази статия разгледахме основните методи за електрохимични изследвания, анализирахме тяхната класификация, основните електрохимични процеси и също така доказахме уместността на тези методи. Повечето отработата беше възложена на описанието на електродните процеси. Изследвани са подробно потенциометрията, кондуктометрията, кулометрията, волтаметрията и електрогравиметрията.

В хода на практическите изследвания извършихме: определяне на концентрацията на неизвестни киселини чрез кондуктометрично титруване, определяне на точката на еквивалентност на разтвори на солна и оцетна киселина чрез потенциометрично титруване, определяне на електрохимичния еквивалент на медта, определяне на потенциалите на медни и цинкови електроди и определяне на ЕМП на галваничен елемент.

Бяхме убедени в бързината и точността на тези методи, но в същото време, от нашия собствен опит, разкрихме някои съществени недостатъци: за получаване на точни данни е необходима много прецизна настройка и калибриране на инструментите, получените резултати зависят от различни външни фактори (налягане, температура и т.н.) и други условия могат да варират значително, както и крехкостта и високата цена на устройствата.

И все пак това не е всичко. известни методиелектрохимични изследвания. Всички горепосочени методи са само малка частелектрохимични методи за изследване, използвани в науката и технологиите. И те се използват толкова широко във всички отрасли, че без тях нито съществуването, нито по-нататъшното развитие на цивилизацията е възможно. Въпреки значителната си възраст, електрохимичните методи на изследване търпят бързо развитие с големи перспективи за бъдещето. Според прогнозите на редица водещи учени тяхната роля бързо ще нараства.

Остава само да допринесем по всякакъв възможен начин за развитието в тази посока и може би в бъдеще ще открием такива тайни и области на приложение на електрохимични методи за изследване, за които бихме могли само да мечтаем.

Библиография

Агасян П.К., Хамракулов Т.К. Кулонометричен метод за анализ. Москва: Химия. 2010. 168 стр.

Brainina H.Z., Neiman E.Ya. Реакции в твърдо състояние в електроаналитичната химия. Москва: Химия. 2009. 264 стр.

Галиус З. Теоретични основи електрохимичен анализ: превод от полски. Москва: Мир. 1974. 552 с.

Geyrovsky J., Kuta J. Основи на полярографията: превод от чешки. Редактирано от S.G. Майрановски. Москва: Мир. 1965. 559 стр.

Голиков Г.А. Ръководство по физическа химия: Урокза химико-технологични специализирани университети. Москва: Висше училище. 2008. 383 стр.

Зозуля А.Н. Кулонометричен анализ, 2-ро издание, Ленинград: Химия. 1968. 160 с.

Knorre D.G., L.F. Крилов. СРЕЩУ. Музиканти. Физическа химия: Учебник за биологичните факултети на университетите и педагогическите университети. 2 издание. Москва: Висше училище. 1990. 416 стр.

Левин А.И. Теоретични основи на електрохимията. Москва: Металургиздат. 1963. 432 стр.

Лопарин Б.А. Теоретични основи на електрохимичните методи за анализ. Москва: Висше училище. 1975. 295 стр.

Плембек Д. Електрохимични методи за анализ: основи на теорията и приложението. Москва: Мир. 2009. 496 стр.

Соловьов Ю.И. История на химията: Развитието на химията от древността до края на XIX V. Ръководство за учители. 2 издание. Москва: Просвещение. 2007. 368 стр.

Фигуровски Н.А. История на химията: Учебник за студенти педагогически институтипо химия и биология. Москва: Просвещение. 1979. 311 стр.

Физическа химия: програмата на дисциплината и образователни и методически препоръки / съставени от A.N. Козлов, Н.П. Усков. Рязан: Рязански държавен университет на името на S.A. Yesenin. 2010. 60 стр.

Физикохимия. Теоретичен и практическо ръководство. Учебник за университети / Под редакцията на академик B.P. Николски. 2 издание. Ленинград: Химия, 1987, 880 с.

Harned G. Ouer B. Физическа химия на електролитни разтвори. Москва: IIN. 2011. 629 стр.

Ewing G. Инструментални методи за химичен анализ. Москва: Мир. 2011. 620 стр.

Книга: многотомно издание

Методи за измерване в електрохимията / редактори Е. Егер и А. Залкинд, превод от английски на V.S. Маркин и В.Ф. Пастушенко, редактиран от доктор на химическите науки Ю.А. Чизмаджева. Москва: Мир, 1977. Т. 1-2.

Skoog D., West D. Основи на аналитичната химия. М.: Мир, 1979. Т. 2

Аткинс П. Физическа химия. Москва: Мир, 1980. Т. 1-2.

Обучение

Нуждаете се от помощ при изучаването на тема?

Нашите експерти ще съветват или предоставят услуги за обучение по теми, които ви интересуват.
Подайте заявлениепосочване на темата точно сега, за да разберете за възможността за получаване на консултация.

Електрохимичните методи за анализ са набор от методи за качествен и количествен анализ, основани на електрохимични явления, възникващи в изследваната среда или на границата на фазите и свързани с промяна в структурата, химичния състав или концентрацията на аналита.

Електрохимичните методи за анализ (ECMA) се основават на процеси, протичащи върху електродите или в междуелектродното пространство. Предимството им е високата точност и сравнителната простота на оборудването и методите за анализ. Високата точност се определя от много точни закони, използвани в ECMA. Голямо удобство е, че този метод използва електрически въздействия, както и фактът, че резултатът от това въздействие (отговор) също се получава под формата на електрически сигнал. Това осигурява висока скорост и точност на броене, отваря широки възможности за автоматизация. ECMA се отличават с добра чувствителност и селективност, в някои случаи те могат да бъдат приписани на микроанализа, тъй като понякога по-малко от 1 ml разтвор е достатъчен за анализ.

Според видовете аналитични сигнали те се разделят на:

1) кондуктометрия - измерване на електрическата проводимост на тестовия разтвор;

2) потенциометрия - измерване на безтоковия равновесен потенциал на индикаторния електрод, за който изпитваното вещество е потенциоопределящо;

3) кулометрия - измерване на количеството електричество, необходимо за пълната трансформация (окисление или редукция) на изследваното вещество;

4) волтаметрия - измерване на стационарни или нестационарни поляризационни характеристики на електроди в реакции с участието на тестваното вещество;

5) електрогравиметрия - измерване на масата на вещество, освободено от разтвор по време на електролиза.

27. Потенциометричен метод.

потенциометрия - измерване на безтоковия равновесен потенциал на индикаторния електрод, за който изпитваното вещество е потенциоопределящо.

А) стандартен (референтен електрод) – има постоянен потенциал, независим от външния. Условия

Б) индивидуален електрод – потенциалът му зависи от концентрацията на веществото.

Потенциалът зависи от концентрацията: E = f(c)

Уравнение на Нерист E= E° + lna кат

д° - стандартен. Електрон. потенциал (конст)

Р- Универ. Газова константаконст)

T е абсолютната ставка (T)- +273 °

.n е броят на участващите електрони. При окисление/възстановяване Реакции

. а - активна концентрация

Потенциометричен метод

Ионометрия потенциометрия

Точка на еквивалентност

д

Сх Vх = л t *Vt

28. Кондуктометричен метод.

кондуктометрия - измерване на електрическата проводимост на тестовия разтвор.

Кондуктометрично титруване

Кондуктометър (уред)

Кондуктометричният анализ (кондуктометрия) се основава на използването на връзката между електрическата проводимост (електропроводимост) на електролитни разтвори и тяхната концентрация.

Електрическата проводимост на електролитни разтвори - проводници от втори вид - се оценява въз основа на измерване на тяхното електрическо съпротивление в електрохимична клетка, която представлява стъклен съд (стъкло) с два запоени в него електрода, между които се намира тестовият електролитен разтвор разположен. През клетката преминава променлив ток. Електродите най-често се изработват от метална платина, която е покрита със слой пореста платина чрез електрохимично отлагане от разтвори на платинови съединения, за да се увеличи повърхността на електродите (платинови платинови електроди).

29. Полярография.

Полярографията е метод за качествен и количествен химичен анализ, основан на получаване на криви на зависимостта на големината на тока от напрежението във верига, състояща се от тестовия разтвор и електродите, потопени в него, единият от които е силно поляризиран, а другият е практически неполяризиран. Такива криви - полярограми - се получават с помощта на полярографи.

Полярографският метод се характеризира с висока чувствителност. За извършване на анализа обикновено са достатъчни 3-5 ml от тестовия разтвор. Анализът с авторегистриращ се полярограф продължава само около 10 минути. Полярографията се използва за определяне на съдържанието на токсични вещества в обекти от биологичен произход (например съединения на живак, олово, талий и др.), За определяне на степента на насищане на кръвта с кислород, за изследване на състава на издишания въздух и вредни вещества във въздуха на промишлени предприятия Полярографският метод за анализ е много чувствителен и дава възможност за определяне на вещества в много ниски (до 0,0001%) концентрации в разтвор.

30. Класификация на спектралните методи за анализ. Спектърна концепция.

Спектралния анализ е набор от методи за определяне на качеството и количеството. Съставът, както и структурата на материята (въз основа на взаимодействието на изследователския обект с различни видове радиация.)

Всички спектроскопски методи се основават на взаимодействието на атоми, молекули или йони, които изграждат анализираното вещество, с електромагнитно излъчване. Това взаимодействие се проявява в поглъщането или излъчването на фотони (кванти). В зависимост от естеството на взаимодействието на пробата с електромагнитното излъчване се разграничават две групи методи -

Емисия и абсорбция. В зависимост от това кои частици формират аналитичния сигнал, има методи на атомна спектроскопия и методи на молекулярна спектроскопия.

Проблем

При емисионните методи анализираната проба излъчва фотони в резултат на своето възбуждане.

абсорбция

При абсорбционните методи радиацията от външен източник преминава през пробата, докато някои от квантите се абсорбират селективно от атоми или молекули.

Обхват- разпределение на стойностите на физическо количество (обикновено енергия, честота или маса). Графично представяне на такова разпределение се нарича спектрална диаграма. Обикновено под спектър се разбира електромагнитният спектър - честотният спектър (или същият като квантовите енергии) на електромагнитното излъчване.

1.отражение на светлината

2. завъртане на светлинния лъч (дефракция)

3. разсейване на светлината: нефелометрия, турбидиметрия

4. Поглъщане на светлина

5 повторно облъчване

А) фосфоресценция (продължава дълго време)

Б) флуоресценция (много къса)

По естеството на разпределението на стойностите на физическото количество спектрите могат да бъдат дискретни (линейни), непрекъснати (непрекъснати), а също и да представляват комбинация (суперпозиция) на дискретни и непрекъснати спектри.

Примери за линейни спектри са масспектри и спектри на свързани-свързани електронни преходи на атом; примери за непрекъснати спектри са спектърът на електромагнитното излъчване на нагрято твърдо тяло и спектърът на свободни електронни преходи на атом; примери за комбинирани спектри са емисионните спектри на звездите, където хромосферните абсорбционни линии или повечето от звуковите спектри се наслагват върху непрекъснатия спектър на фотосферата.

31. Фотометрия: принцип на метода, приложение в криминалистичните изследвания.

Фотометрия - спектралният метод се основава на абсорбцията на електромагнитно лъчение във видимия и близкия ултравиолетов диапазон (методът се основава на абсорбцията на светлина)

Молекулярно атомно

Спектроскопия спектроскопия (в електронен анализ)

Кювета – през нея преминава светлина

л

I (интензитет на изходната светлина)

I° е интензитетът на падащата светлина.

Фотометрията е клон на физическата оптика и измервателната техника, посветен на методите за изследване на енергийните характеристики на оптичното лъчение в процеса на неговото излъчване, разпространение в различни средии взаимодействията с телата. Фотометрията се извършва в диапазоните на инфрачервените лъчи (дължини на вълните - 10 -3 ... 7 10 -7 m), видими (7 10 -7 ... 4 10 -7 m) и ултравиолетови (4 10 -7 ... 10 -8 m) оптично лъчение. Когато електромагнитното излъчване на оптичния диапазон се разпространява в биологична среда, се наблюдават редица основни ефекти: абсорбция и разсейване на радиация от атоми и молекули на средата, разсейване на нехомогенности на средата върху частици, деполяризация на радиацията. Чрез записване на данни за взаимодействието на оптичното излъчване със средата е възможно да се определят количествените параметри, свързани с медицинските и биологичните характеристики на изследвания обект. Фотометрите се използват за измерване на фотометрични величини. От гледна точка на фотометрията, светлината е радиация, способна да предизвика усещане за яркост, когато е изложена на човешкото око. Фотометрията като наука се основава на теорията за светлинното поле, разработена от А. Гершун.

Има два основни метода на фотометрия: 1) визуална фотометрия, при която способността на човешкото око да възприема разликите в яркостта се използва за изравняване на яркостта на две полета за сравнение чрез механични или оптични средства; 2) физическа фотометрия, при която различни приемници на светлина от различен вид се използват за сравняване на два източника на светлина - вакуумни фотоклетки, полупроводникови фотодиоди и др.

32. Закон на Бугер-Ламберт-Бер, използването му в количествения анализ.

Физически закон, който определя затихването на паралелен монохроматичен лъч светлина, докато се разпространява в абсорбираща среда.

Законът се изразява със следната формула:

,

където е интензитетът на входящия лъч, е дебелината на слоя материя, през който преминава светлината, е индексът на абсорбция (да не се бърка с безразмерния индекс на абсорбция, който е свързан с формулата, където е дължината на вълната) .

Индексът на поглъщане характеризира свойствата на веществото и зависи от дължината на вълната λ на погълнатата светлина. Тази зависимост се нарича абсорбционен спектър на веществото.

За разтвори на абсорбиращи вещества в разтворители, които не абсорбират светлина, индексът на абсорбция може да се запише като

където е коефициентът, характеризиращ взаимодействието на абсорбираща молекула разтворено вещество със светлина с дължина на вълната λ, е концентрацията на разтвореното вещество, mol/l.

Твърдението, което не зависи от се нарича закон на Биър (да не се бърка със закона на Биър). Този закон предполага, че способността на една молекула да абсорбира светлина не се влияе от други околни молекули на същото вещество в разтвор. Наблюдават се обаче многобройни отклонения от този закон, особено при широки .

Ако през определен слой от разтвор или газ с дебелина (преминава светлинен поток с интензитет I, то според закона на Ламберт-Беер количеството абсорбирана светлина ще бъде пропорционално на интензитета /, концентрацията c на вещество, което абсорбира светлината, и дебелината на СЛОЯ) законът BMB, който свързва интензитета на светлината, падаща върху веществото и преминала през него, с концентрацията на веществото и дебелината на абсорбиращия слой Е, това е същото като пречупването , само затихване в веществото. Коя светлина поглъща под определен процент. Тоест остатъкът от изходната светлина е

33. IR спектроскопия.

Този метод на анализ се основава на запис на инфрачервени абсорбционни спектри на вещество. Абсорбцията от вещество в инфрачервената област възниква поради вибрациите на атомите в молекулите. Вибрациите се подразделят на валентни (когато разстоянията между атомите се променят по време на вибрацията) и вибрационни (когато ъглите между връзките се променят по време на вибрацията). Преходите между различните вибрационни състояния в молекулите се квантуват, поради което абсорбцията в IR областта има формата на спектър, където всяка вибрация има своя собствена дължина на вълната. Ясно е, че дължината на вълната за всяка вибрация зависи от това кои атоми участват в нея и освен това зависи малко от тяхната среда.

IR спектроскопията не е метод за разделяне, тоест при изследване на вещество може да се окаже, че всъщност е изследвана смес от няколко вещества, което, разбира се, значително ще изкриви резултатите от интерпретацията на спектъра. Е, все пак, говоренето за недвусмислената идентификация на вещество с помощта на метода на инфрачервената спектроскопия не е напълно правилно, тъй като методът по-скоро ви позволява да идентифицирате определени функционални групи, а не техния брой в съединението и техния метод на комуникация с всеки друго.

IR спектроскопията се използва при изследване на полимерни материали, влакна, бояджийски покрития, наркотични вещества (при идентифициране на пълнител, който често е въглехидрати, включително полизахариди). Методът е особено незаменим при изследването на смазочни материали, тъй като позволява едновременно да се определи естеството както на основата на смазката, така и на възможните добавки (добавки) към тази основа.

34. Рентгенофлуоресцентен анализ.

(XRF) е един от съвременните спектроскопски методи за изследване на вещество с цел получаване на неговия елементен състав, т.е. елементен анализ. Може да анализира различни елементи от берилий (Be) до уран (U). XRF методът се основава на събирането и последващия анализ на спектъра, получен чрез излагане на изследвания материал на рентгенови лъчи. При облъчване атомът преминава във възбудено състояние, което се състои в прехода на електрони към по-високи енергийни нива. Атомът остава във възбудено състояние за изключително кратко време, от порядъка на една микросекунда, след което се връща в тихо положение (основно състояние). В същото време електрони от външни обвивкиили запълват образуваните празни места и излишната енергия се излъчва под формата на фотон, или енергията се прехвърля към друг електрон от външните обвивки (Оже електрон)

Екология и защита заобикаляща среда: определяне на тежки метали в почви, седименти, вода, аерозоли и др.

Геология и минералогия: качествен и количествен анализ на почви, минерали, скали и др.

Металургия и химическа промишленост: контрол на качеството на суровините, производствения процес и готовата продукция

Бояджийска промишленост: анализ на оловни бои

35. Атомно-емисионна спектроскопия.

Атомно-емисионният спектрален анализ е набор от методи за елементен анализ, базирани на изследване на емисионните спектри на свободни атоми и йони в газовата фаза. Обикновено емисионните спектри се записват в най-удобния оптичен диапазон на дължина на вълната от 200 до 1000 nm.

AES (атомно-емисионна спектрометрия) е метод за определяне на елементарния състав на вещество от спектрите на оптичното излъчване на атомите и йоните на анализираната проба, възбудени в източници на светлина. Като източници на светлина за анализ на атомни емисии, пламък на горелка или различни видовеплазма, включително електрическа искра или дъгова плазма, лазерна искра плазма, индуктивно свързана плазма, тлеещ разряд и т.н. NPP е най-разпространеният експресен високочувствителен метод за идентифициране и количествено определяне на примесни елементи в газообразни, течни и твърди вещества, включително с висока чистота.

Области на употреба:

Металургия: анализ на състава на метали и сплави,

Минна промишленост: проучване на геоложки проби и минерали,

Екология: анализ на водата и почвата,

Техника: анализ на моторни масла и други технически течности за метални примеси,

Биологични и медицински изследвания.

Принцип на действие.

Принципът на работа на атомно-емисионния спектрометър е доста прост. Основава се на факта, че атомите на всеки елемент могат да излъчват светлина с определени дължини на вълната - спектрални линии, като тези дължини на вълните са различни за различните елементи. За да могат атомите да излъчват светлина, те трябва да бъдат възбудени – чрез нагряване, чрез електрически разряд, чрез лазер или по друг начин. Колкото повече атоми на даден елемент присъстват в анализираната проба, толкова по-ярко ще бъде излъчването на съответната дължина на вълната.

Интензитетът на спектралната линия на анализирания елемент, в допълнение към концентрацията на анализирания елемент, зависи от голям брой различни фактори. Поради тази причина е невъзможно теоретично да се изчисли връзката между интензитета на линията и концентрацията на съответния елемент. Ето защо анализът изисква стандартни проби, които са близки по състав до анализираната проба. Преди това тези стандартни проби се експонират (изгарят) на устройството. Въз основа на резултатите от тези изгаряния се изгражда калибровъчна графика за всеки анализиран елемент, т.е. зависимост на интензитета на спектралната линия на даден елемент от неговата концентрация. Впоследствие, по време на анализа на пробите, тези калибрационни криви се използват за преизчисляване на измерените интензитети в концентрации.

Подготовка на проби за анализ.

Трябва да се има предвид, че реално се анализират няколко милиграма проба от повърхността му. Следователно, за да се получат правилни резултати, пробата трябва да бъде хомогенна по състав и структура и съставът на пробата трябва да бъде идентичен със състава на анализирания метал. Когато анализирате метал в леярна или топилна фабрика, се препоръчва използването на специални форми за отливане на проби. В този случай формата на пробата може да бъде произволна. Необходимо е само анализираната проба да има достатъчна повърхност и да може да се захване в статив. За анализ на малки проби, като пръти или телове, могат да се използват специални адаптери.

Предимства на метода:

безконтактен,

Възможност за едновременно количествено определяне на голям брой елементи,

Висока точност,

Ниски граници на откриване,

Лесна подготовка на пробите

Ниска цена.

36. Атомно-абсорбционна спектроскопия.

метод за количествено определяне на елементния състав на тестваното вещество чрез спектри на атомна абсорбция, основан на способността на атомите да абсорбират селективно електромагнитно излъчване при разлагане. части от спектъра. А.-а.а. извършва се на спец устройства - абсорбционни. спектрофотометри. Проба от анализирания материал се разтваря (обикновено с образуване на соли); разтворът под формата на аерозол се подава в пламъка на горелката. Под действието на пламък (3000°C) молекулите на солта се разпадат на атоми, които могат да абсорбират светлина. След това през пламъка на горелката се пропуска лъч светлина, в спектъра на който има спектрални линии, съответстващи на един или друг елемент. От общото излъчване изследваните спектрални линии се изолират от монохроматор, а интензитетът им се фиксира от записващо устройство. Мат. обработката се извършва по формулата: J = J0 * e-kvI,

където J и J0 са интензитетите на пропуснатата и падащата светлина; kv - коеф. абсорбция, в зависимост от честотата му; I - дебелина на абсорбиращия слой

по-чувствителен от атомната електроцентрала

37. Нефелометрия и турбидиметрия.

S = lg (I°/I) интензитет на падане. В разтвор (I °) разделяме на интензитета, излизащ от разтвора (I) \u003d

k-const мътност

b е дължината на пътя на светлинния лъч

N е броят на частиците в единици. р-ра

Нефелометричният и турбидиметричният анализ използва феномена на разсейване на светлината от твърди частици, суспендирани в разтвор.

Нефелометрията е метод за определяне на дисперсията и концентрацията на колоидните системи по интензитета на разпръснатата от тях светлина. Нефелометрия, измерванията се извършват в специално устройство, нефелометър, чиято работа се основава на сравняване на интензитета на светлината, разсеяна от изследваната среда, с интензитета на светлината, разсеяна от друга среда, която служи като стандарт. Теорията за разсейване на светлината от колоидни системи, в които размерите на частиците не надвишават половината от дължината на вълната на падащата светлина, е разработена от английския физик J. Rayleigh през 1871 г. Съгласно закона на Rayleigh, интензитетът на светлината I, разпръсната в посока, перпендикулярна на падащия лъч, се изразява с формулата I \u003d QNvlk - където q е интензитетът на падащата светлина, N е общият брой частици на единица обем или частична концентрация, v е обемът на една частица, \ е дължината на вълната на падащата светлина, k е константа, зависеща от показателите на пречупване на колоидните частици и заобикалящата ги дисперсионна среда, разстоянието от източника на светлина, както и от приетите мерни единици

Турбидиметрията е метод за анализ на мътни среди, базиран на измерване на интензитета на абсорбираната от тях светлина. Турбидиметричните измервания се правят в пропускаща светлина с помощта на визуални турбидиметри или фотоелектрични колориметри. Техниката на измерване е подобна на колориметричната и се основава на приложимостта на Bouguer-Lambert към мътни среди - закон на Beer, който в случая на суспензии е валиден само за много тънки слоеве или при значителни разреждания. При турбидиметрията е необходимо внимателно спазване на условията за образуване на дисперсна фаза, подобни на условията, наблюдавани при нефелометрията. Значително подобрение в турбидиметрията е използването на турбидиметрично пиково титруване на мътност с помощта на фотоелектрични колориметри. Турбидиметрията се използва успешно за аналитично определяне на сулфати, фосфати, хлориди, цианиди, олово, цинк и др.

Основното предимство на нефелометричните и турбидиметричните методи е тяхната висока чувствителност, което е особено ценно по отношение на елементи или йони, за които няма цветни реакции. В практиката, например, широко се използва нефелометричното определяне на хлориди и сулфати в природни води и подобни обекти. По отношение на точността турбидиметрията и нефелометрията са по-ниски от фотометричните методи, което се дължи главно на трудностите при получаване на суспензии със същите размери на частиците, стабилност във времето и др. свойства на суспензията.

Нефелометрията и турбидиметрията се използват например за определяне на SO4 под формата на суспензия на BaSO4, Cl- под формата на суспензия на AgCl, S2- под формата на суспензия на CuS с по-ниска. границите на определеното съдържание ~ 0,1 µg/ml. За стандартизиране на условията на анализ в експериментите е необходимо стриктно да се контролира температурата, обемът на суспензията, концентрацията на реагентите, скоростта на разбъркване и времето на измерване. Утаяването трябва да бъде бързо и частиците, които трябва да бъдат отложени, трябва да бъдат малки и с ниска p-стойност. За да се предотврати коагулацията на големи частици, често към разтвора се добавя стабилизатор, например. желатин, глицерин.

38. Хроматография: история на възникване, принцип на метода, приложение в съда. Проучване.

Хроматографията е динамичен сорбционен метод за разделяне и анализ на смеси от вещества, както и за изследване на физикохимичните свойства на веществата. Основава се на разпределението на веществата между две фази - неподвижна (твърда фаза или течност, свързана върху инертен носител) и подвижна (газова или течна фаза, елуент). Името на метода е свързано с първите експерименти по хроматография, по време на които разработчикът на метода Михаил Цвет отделя ярко оцветени растителни пигменти.

Хроматографският метод е използван за първи път от руския ботаник Михаил Семенович Цвет през 1900 г. Той използва колона, пълна с калциев карбонат, за да раздели растителните пигменти. Първият доклад за развитието на хроматографския метод е направен от Цвет на 30 декември 1901 г. XI конгрес на естествоизпитателите и лекаритев Санкт Петербург. Първата печатна работа по хроматография е публикувана през 1903 г. в списанието Сборници на Варшавското дружество на естествоизпитателите. Срок за първи път хроматографиясе появява в две печатни произведения на Color през 1906 г., публикувани в немско списание Berichte der Deutschen Botanischen Gesellschaft. През 1907 г. Колор демонстрира своя метод Германско ботаническо дружество.

През 1910-1930 г. методът е незаслужено забравен и практически не се развива.

През 1931 г. R. Kuhn, A. Winterstein и E. Lederer изолират α и β фракции в кристална форма от суров каротин с помощта на хроматография, което демонстрира препаративната стойност на метода.

През 1941 г. A. J. P. Martin и R. L. M. Sing разработиха нова форма на хроматография, основана на разликата в коефициентите на разпределение на веществата, които трябва да се разделят между две несмесващи се течности. Методът се нарича " разделителна хроматография».

През 1947 г. Т. Б. Гапон, Е. Н. Гапон и Ф. М. Шемякин разработват метода на "йонообменна хроматография".

През 1952 г. Дж. Мартин и Р. Сингх са удостоени с Нобелова награда за химия за създаването на метод за разделителна хроматография.

От средата на 20 век до наши дни хроматографията се развива бързо и се превръща в един от най-широко използваните аналитични методи.

Класификация: газ, течност

Основи на хроматографията. процес.За извършване на хроматография отделяне в-в или определяне на физ.-хим. характеристики обикновено използват специални. уреди - хроматографи. Основен възли на хроматографа - хроматографски. колона, детектор и устройство за инжектиране на проба. Колоната, съдържаща сорбента, изпълнява функцията за разделяне на анализираната смес на съставните компоненти, а детекторът изпълнява функцията на техните количества. дефиниции. Детекторът, разположен на изхода на колоната, автоматично определя непрекъснато концентрацията на отделените съединения. в потока на подвижната След постъпване на анализираната смес с потока на подвижната фаза в колоната зоните на всички в-в се намират в началото на хроматограф. колони (фиг. 1). Под действието на потока на подвижната фаза компонентите на сместа започват да се движат по колоната с разлагане. скорости, чиито стойности са обратно пропорционални на коефициентите на разпределение K на хроматографираните компоненти. Добре сорбираните вещества, стойностите на константите на разпределение за които са големи, се движат по сорбентния слой по протежение на колоната по-бавно от слабо сорбираните. Следователно компонент A напуска колоната най-бързо, след това компонент B, а компонент C е последен, който напуска колоната (K A<К Б <К В). Сигнал детектора, величина к-рого пропорциональна концентрации определяемого в-ва в потоке элюента, автоматически непрерывно записывается и регистрируется (напр., на диаграммной ленте). Полученная хроматограмма отражает расположение хроматографич. зон на слое сорбента или в потоке подвижной фазы во времени.

Ориз. 1.Разделяне на смес от три компонента (А, В и С) на хроматографска колона К с детектор D: а - позицията на хроматографските зони на компонентите, които се разделят в колоната на определени интервали от време; b - хроматограма (C - сигнал, t - време) .

С плоскослойна хроматография. разделяне, лист хартия или плоча със слой сорбент, покрит с проби от изследваната ин-ва, се поставя в хроматограф. камера. След разделянето компонентите се определят по всеки подходящ метод.

39. Класификация на хроматографските методи.

Хроматографията е метод за разделяне и анализ на вещества, базиран на разпределението на анализатора. В-ва между 2 фази: подвижна и стационарна

Разтвор на смес от вещества, които трябва да се разделят, преминава през стъклена тръба (адсорбционна колона), пълна с адсорбент. В резултат на това компонентите на сместа се задържат на различни височини на адсорбентната колона под формата на отделни зони (слоеве). Нещата са по-добри адсорбер. Не, в горната част на колоната, и по-лошо се адсорбира в долната част на колоната. В-ва не могат да се адсорбират - преминават през колоната без спиране и се събират във филтъра.

класификации:

1. Според агрегатното състояние на фазите.

1) Подвижен

А) газ (инертни газове: хелий, аргон, озон)

Б) течност

2. според начина на провеждане

1) на равнина (плоска); тънък слой хартия

2) колона

A) пакетиран (опакована колона, пълна със сорбент)

B) капиляр (тънък стъклен / кварцов капиляр, върху чиято вътрешна повърхност е нанесена неподвижната фаза)

Може деф. Артикули в малки количества.

Летливите вещества се отделят.

40. Хроматограма. Основни параметри на хроматографския пик.

Хроматограмата е резултат от записване на зависимостта на концентрацията на компонентите на изхода на колоната от времето.

з С

Всеки пик в хроматограмата се характеризира с две основни параметри

1. Време на задържане ( T Р) е времето от момента на инжектиране на анализираната проба до момента на регистриране на максимума на хроматографския пик. Зависи от природата на веществото и е качествена характеристика.

2. Височина ( ч) или област ( С) връх

С = ½ ω × ч. (4)

Височината и площта на пика зависят от количеството на веществото и са количествени характеристики.

Времето на задържане се състои от два компонента - времето на престой на веществата в подвижната фаза ( T м) и времето на престой в стационарната фаза ( T с):

Идентифицирането на пикове на неизвестни компоненти на анализираната смес се извършва чрез сравнение (сравнение). стойности, определени директно от хроматограмата, със съответните таблични данни за известни съединения. При идентифициране в хроматография само отрицателният е надежден. отговор; например пик i не е in-tion A, ако времената на задържане на пик i и in-va A не съвпадат. Съвпадението на времената на задържане на пик i и in-va A е необходимо, но не достатъчно условие за заключението, че пик i е in-in A.

В практическата работа изборът на един или друг параметър за количествена интерпретация на хроматограмите се определя от комбинираното въздействие на няколко фактора, скоростта и удобството на изчислението, формата (широка, тясна) и степента на асиметрия на хроматографския пик , ефективността на използваната колона, пълнотата на разделяне на компонентите на сместа, наличието на необходимите автоматизирани устройства (интегратори, компютърни системи за обработка на данни от хроматографски анализ).

Определеният параметър на хроматографския пик се измерва от оператора на хроматограмата ръчно в края на цикъла на разделяне на компонентите на анализираната смес

Определеният параметър на хроматографския пик се измерва автоматично с помощта на цифрови волтметри, интегратори или специализирани компютри, едновременно с разделянето на компонентите на анализираната смес в колоната и запис на хроматограмата

Тъй като техниката за дешифриране на хроматограмите се свежда до измерване на параметрите на хроматографските пикове на представляващото интерес съединение и стандарта, хроматографските условия трябва да осигурят пълното им разделяне, ако е възможно, всички други компоненти на оригиналната проба при приетите условия за анализ могат да не се отделят един от друг или дори изобщо да не се показват на хроматограмата (това предимство на метода на вътрешния стандарт пред метода на вътрешна нормализация)

41. Качествен хроматографски анализ.

При достатъчна дължина на колоната може да се постигне пълно разделяне на компонентите на всяка смес. И след елуиране на разделените компоненти в отделни фракции (елуати), определете броя на компонентите на сместа (той съответства на броя на елуатите), установете техния качествен състав, определете количеството на всеки от тях, като използвате подходящите методи за количествено определяне. анализ.

Качествен хроматографски анализ, т.е. идентифицирането на вещество чрез неговата хроматограма може да се извърши чрез сравняване на хроматографските характеристики, най-често задържания обем (т.е. обемът на подвижната фаза, преминал през колоната от началото на въвеждане на сместа до появата на този компонент в колоната изход), открити при определени условия за компонентите на анализираните смеси и за стандарта.

42. Количествен хроматографски анализ.

Количественият хроматографски анализ обикновено се извършва на хроматограф. Методът се основава на измерването на различни параметри на хроматографския пик, в зависимост от концентрацията на хроматографираните вещества - височина, ширина, площ и задържан обем или произведението на задържания обем и височината на пика.

При количествената газова хроматография се използват методите на абсолютно калибриране и вътрешна нормализация или нормализация. Използва се и вътрешен стандартен метод. При абсолютно калибриране експериментално се определя зависимостта на височината или площта на пика от концентрацията на веществото и се изграждат калибрационни графики или се изчисляват съответните коефициенти. След това се определят същите характеристики на пиковете в анализираната смес и концентрацията на аналита се намира от кривата на калибриране. Този прост и точен метод е основният при определяне на микропримеси.

Когато се използва методът на вътрешна нормализация, сумата от всички пикови параметри, например сумата от височините на всички пикове или сумата от техните площи, се приема за 100%. Тогава съотношението на височината на отделен пик към сумата от височините или съотношението на площта на един пик към сумата от площите, когато се умножи по 100, ще характеризира масовата част (%) на компонента в сместа. При този подход е необходимо зависимостта на стойността на измервания параметър от концентрацията да бъде еднаква за всички компоненти на сместа.

43. Планарна хроматография. Използване на тънкослойна хроматография за анализ на мастило.

Първата форма на използване на целулоза в тънкослойна хроматография е хартиената хроматография. Наличните плаки за TLC и високоефективна TLC позволяват разделянето на смеси от полярни вещества, докато най-малко трикомпонентни смеси от вода, несмесващ се с нея органичен разтворител и водоразтворим разтворител, който насърчава образуването на една фаза) се използват като елуент)