Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Потенциометрия. Потенциометрическое определение рН растворов




 

Потенциометрия - это электрохимический метод иссле­дования и анализа веществ, основанный на зависимости равновесного электродного потенциала Е от активности (концентрации) определяемого вещества в исследуемом рас­творе. Эта зависимость описывается уравнением Нернста:

 

E = E0 + 2,3 RT lg aMen+ (24.14)

nF

 

где Е0 - стандартный потенциал электродной реакции (при температуре T = 298 К и активности иона металла aMen+ = 1); R - универсальная газовая постоянная; Т - тем­пература по шкале Кельвина; п - число электронов, теря­емых атомом металла при образовании катиона; F - число Фарадея.

При потенциометрических измерениях составляют гальванический элемент с электродом определения (инди­каторный электрод) и электродом сравнения. Измеряют электродвижущую силу (ЭДС) этого элемента.

В качестве электрода определения служит стеклянный электрод (рис. 24.6), потенциал которого зависит от ак­тивности ионов водорода и используется при определении рН. Электрод сравнения - это хлорсеребряный электрод (рис. 24.7), потенциал которого известен и практически постоянен.

Стеклянный электрод представляет собой тонкостен­ный шарик (1) из стекла специального состава (например, 72 % SiO2, 8 % СаО, 20 % Na2O), припаянный к стеклян­ной трубке. Внутрь шарика наливают 0,1 М раствор НСl (2) и погружают в него хлорсеребряный электрод (3) -

 

внутренний электрод сравнения. Чувствительным к ионам водорода является только тонкостенный шарик, представляющий собой стеклянную мембрану. При погру­жении стеклянного электрода в анализируемый раствор на внутренней и внешней поверхности мембраны происхо­дит обмен ионами водорода между раствором и стеклом:

 

R(Na+, Li+) + Н+ ↔ R(H+) + (Na+, Li+)

Стекло Раствор Стекло Раствор

 

На границе стекло - раствор концентрация обмениваю­щихся ионов разная и за счет этого возникает разность по­тенциалов. Тогда уравнение Нернста (см. 24.14) принима­ет следующий вид:

 

 

E = E0 + 2,3 RT lg aH+ (24.15)

nF

 

или с учетом того, что - lg aH+ = рН, уравнение (24.15) пре­вращается в уравнение

 

E = E0 + 2,3 RT pH (24.16)

nF

 

Хлорсеребряный электрод (см. рис. 24.7) представляет собой серебряную проволоку (1), покрытую слоем AgCl (2)и опущенную в насыщенный раствор КСl (3), находящий­ся в сосуде с микрощелью (4)для контакта с исследуемым раствором.

В потенциометрии для определения рН оба описанных электрода опускают в один и тот же исследуемый раствор. ЭДС образовавшегося гальванического элемента измеряют с помощью высокоомного вольтметра, шкала которого проградуирована в милливольтах и единицах рН. На рис. 24.8 показана передняя панель одного из таких приборов - иономера ЭВ-74. Измеряя ЭДС с помощью вольтметра, шкала которого проградуирована в единицах рН, опреде­ляют рН исследуемого раствора.

 

Рис. 24.8. Вид передней панели иономера универсального ЭВ-74

 

Прежде чем определять значение рН, необходимо уста­новить температуру исследуемого раствора. С этой целью нажимают клавишу одного из узких диапазонов измере­ния: -1-4, 4-9, 9-14 или 14-19 (см. рис. 24.8); нажимают клавишу «t» и ручкой «Температура раствора» по шкале № 1 устанавливают стрелку прибора на значении, соответ­ствующем температуре раствора.

Для измерения рН нажимают клавишу «рХ» и проводят предварительную калибровку стеклянного электрода по бу­ферным растворам с точно известными значениями рН.

Калибровка стеклянного электрода по буферным раство­рам и определение рН исследуемых растворов подробно опи­сываются в инструкции к прибору. Обычно используют два бу­ферных раствора с рН 4,01 (0,05М раствор бифталата калия) и с рН 9,18 (0,01М раствор тетрабората натрия). Буферные рас­творы готовятся из фиксаналов, прилагаемых к прибору.

Определение рН раствора — это метод прямой потенциометрии, который получил название рН-метрии.

Изменяя состав стекол (введение в стекло оксидов алю­миния и бора), можно получить стекло, электроды из ко­торого начинают реагировать не на изменение Н+, а на из­менение активностей ионов Na+, K+, Li+, NH+4 и т.д. Элек­троды, потенциалы которых зависят от концентрации (активности) одного иона называются ионоселективными электродами. Появление таких электродов привело к воз­никновению ионометрии (рХ - метрии), где рХ = -lg a(x), а(х)активность иона в анализируемом растворе. При ис­пользовании ионоселективных электродов концентрации (активности) ионов определяют, как правило, с помощью градуировочного графика. Стеклянные ионоселективные электроды широко используют для определения катионов щелочных металлов в различных биологических жидкос­тях: крови, плазме, сыворотке крови. Фторидный элект­род с твердой мембраной из малорастворимого вещества используется для определения фторид-ионов в питьевой воде, различных биологических средах, при контроле за загрязнением в окружающей среде.

Прямая потенциометрия обладает важными достоинст­вами. В процессе измерений состав анализируемого рас­твора не меняется. При этом не требуется предваритель­ное отделение определяемого вещества.

Кроме прямой потенциометрии используется потенциометрическое титрование, когда для определения эквива­лентной точки применение обычных индикаторов затруд­нено. В основе потенциометрического титрования, лежат те же реакции, что и в классических методах: кислотнооснов­ные, окислительно-восстановительные, осаждения и комплексообразования. Точку эквивалентности определяют по резкому скачку потенциала индикаторного электрода.

Лабораторная работа.Измерение рН раствора.

Цель.Приобрести навыки определения рНраствора потенциометрическим методом.

Оборудование.Иономер ЭВ-74, электроды стеклянный и хлорсеребряный, химический стакан вместимостью 50 мл.

Реактивы.Исследуемые растворы с неизвестными зна­чениями рН.

Выполнение работы.В лабораторном журнале заранее готовят таблицу для записи измерений.

 

Исследуемый раствор Приблизительное значение рН по шкале - 1-19 Интервал измерений Показания по шкале выбранного интервала Точное значение рН
         

 

Вливают исследуемый раствор в стакан, опускают в не­го электроды и измеряют приблизительное значение рН. С этой целью нажимают клавиши «рХ» и «-1 -19». Сни­мают показания прибора по шкале № 4 (см. рис. 24.8). Ре­зультат записывают в таблицу. Для точного определения значения рН нажимают клавишу того узкого диапазона измерений, в который входит приблизительное значение рН, и снимают показание по шкале № 2 или № 3. При этом учитывают, что для диапазона -1 -4 (шкала № 2) показа­ние стрелки уже соответствует значению рН. Шкала № 3 используется для двух остальных узких диапазонов (4 -9) и (9 -14). Записывают в журнал точное (до двух знаков по­сле запятой) значение рН раствора.

По окончании работы прибор выключают, электроды опускают в стакан с дистиллированной водой.

 

ВОПРОСЫ

1. В чем сходство и различие между химическими и физико-химическими методами анализа?

2. Какова точность физико-химических методов анализа? Какой из физико-химических методов обладает наиболее высокой точностью?

3. Каковы существенные недостатки физико-химических методов?

4. Как классифицируются оптические методы анализа в зависимости от типа взаимодействия электромагнит­ного излучения с веществом?

5. Что положено в основу электрохимических методов ана­лиза и как они классифицируются?

6. Как классифицируются фотометрические методы анализа в зависимости от способа измерения поглощения ок­рашенных растворов?

7. Что такое градуировочный график? Как его строят и как им пользуются?

8. В чем заключаются недостатки и достоинства фотоко­лориметров?

9. Почему спектрофотометрический метод является более чувствительным и точным, чем фотоколориметричес­кий?

10. Какие типы химических реакций используются в фото­метрии для получения окрашенных соединений? Какие особенности комплексообразования надо учитывать в фотометрии?

11. Для определения каких веществ применяют фотометри­ческие методы анализа в клинической практике и меди­ко-гигиенических исследованиях?

12. Что такое: а) оптическая плотность; б) коэффициент пропускания?

13. Как формулируется закон Бугера и каково его матема­тическое выражение?

14. При каких условиях закон Бугера не соблюдается?

15. Какие визуальные методы используются в колоримет­рии?

16. Каких правил следует придерживаться при применении метода стандартного ряда?

17. Чем отличается метод стандартного ряда от метода уравнивания окраски?

18. В чём заключается принцип работы фотоэлектроколориметра?

19. Как подбирается светофильтр для фотометрирования?

20. Какие методы определения рН растворов вы знаете? Ка­кой из методов является наиболее точным?

21. Что такое нефелометрия? Какие требования предъявля­ются к реакциям, применяемых в нефелометрии?

22. Какое физическое свойство веществ лежит в основе рефрактометрического метода анализа? От каких факто­ров зависит это физическое свойство?

23. Какие типы рефрактометров получили широкое распространение? На каком принципе работают эти приборы?

24. К какой части рефрактометров надо относиться особен­но бережно и какие меры предосторожности необходимо соблюдать при этом?

25. Каковы достоинства и недостатки рефрактометричес­кого метода анализа?

26. Что такое потенциометрия? Каков принцип потенциометрических определений?

27. Что такое: а) электрод определения; б) электрод срав­нения? Приведите примеры этих электродов.

28. Какой прибор используется для потенциометрического определения рН? Каков порядок работы на этом приборе?

29. Что такое ионоселективные электроды? Где они приме­няются?

30. Какими достоинствами характеризуется прямая потенциометрия? Когда используется потенциометрическое титрование?

 







Дата добавления: 2014-10-22; просмотров: 6665. Нарушение авторских прав

codlug.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.009 сек.) русская версия | украинская версия