Электромагнитная и акустическая безопасность

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Кулонометрическое титрование

2. Устройство ячейки и принцип работы

Заключение

Список использованных источников

Введение

Принцип и теоретические основы кулонометрии были известны давно, однако до 1938 г. этому методу достаточного внимания не уделялось. С 40-х годов кулонометрия начинает широко применяться в аналитической химии и для решения физико-химических задач.

В кулонометрических методах определяют количество электричества, которое расходуется в ходе электрохимической реакции.

Кулонометрическое титрование обычно проводят при постоянном токе. Титрант образуется в результате электрохимических процессов на рабочем электроде в сосуде для титрования. Число молей анализируемого вещества равно произведению силы тока на время, необходимое для образования титранта в количестве, достаточном для достижения конечной точки титрования с учетом стехиометрии. Химические стандарты не требуются. К титрантам, которые образуются в ходе электрохимических процессов, относятся H+, OH- Br2 и I2. кулонометрия ячейка электрод

Кулонометрия - электрохимический метод исследования и анализа, основанный на измерении кол-ва электричества (Q), прошедшего через электролизер при электрохимическом окислении или восстановлении вещества на рабочем электроде. Согласно объединенному Фарадея закону, масса электрохимически превращенного вещества (Р) в г связана с Q в Кл соотношением: Р=QM/Fn, где М- молекулярная или атомная масса вещества, п - число электронов, вовлеченных в электрохимическое превращение одной молекулы (атома) вещества (М/n - электрохимический эквивалент вещества), F - постоянная Фарадея.

Кулонометрия - единственный физико-химический метод анализа, в котором не требуются стандартные образцы. Различают прямую кулонометрию и кулонометрическое титрование. В первом случае определяют электрохимически активное вещество, во втором случае - независимо от электрохимической активности определяемого вещества в испытуемый раствор вводят электрохимически активный вспомогательный реагент, продукт электрохимического превращения которого (кулонометрический титрант) с большой скоростью и количественно химически взаимодействует с определяемым веществом. Оба варианта кулонометрии можно проводить при постоянном потенциале Е рабочего электрода (потенциостатический режим) или при постоянном токе электролиза Iэ (гальваностатический режим). наиболее часто используются прямая кулонометрия при постоянном Е и кулонометрическое титрование при постоянном Iэ.

Для кулонометрического анализа необходимо соблюдение следующих условий: электрохимическое превращение вещества должно протекать со 100%-ным выходом по току, т.е. должны отсутствовать побочные электрохимические и химические процессы; нужны надежные способы определения количества электричества и установления момента завершения электрохимической или химической реакции. В прямой кулонометрии 100%-ный выход по току обеспечивается, если значение Е поддерживать постоянным в области предельного диффузионного тока Iпp на вольтамперограмме определяемого вещества. При этом в анализируемом растворе должны отсутствовать посторонние вещества, способные электрохимически превращенные в тех же условиях.

Различают два основных вида кулонометрических определений: прямую кулонометрию и кулонометрическое титрование. В методах прямой кулонометрии анализируемое вещество непосредственно подвергается электрохимическому превращению в кулонометрической ячейке. В методе кулонометрического титрования определяемое вещество реагирует с титрантом, который получается в кулонометрической ячейке при электролизе специально подобранного раствора. Агасян П. К., Хамракулов Т. К. Кулонометрическкй метод анализа. М., 2004.

1. Кулонометрическое титрование

Очень интересен метод, получивший название кулонометрического титрования. От титрования в обычном понимании этого слова этот метод отличается тем, что здесь производится электролитическое генерирование титранта, причём в подавляющем большинстве случаев непосредственно в том же растворе, в котором находится и определяемое вещество. Электрогенерированный реагент вступает во взаимодействие с определяемым веществом и появление малейшего избытка его, свидетельствующего о конце титрования, мгновенно фиксируется специально предусмотренной для этого индикаторной системой. Необходимо, чтобы титрующее вещество реагировало с определяемым быстро и количественно, не взаимодействуя ни с каким другим из имеющихся в данной пробе.

Не говоря о многих прочих преимуществах этого метода, отсутствие необходимости приготовления стандартных растворов, сокращение количества употребляемых реактивов и посуды, универсальность применения однажды собранной установки очень облегчают аналитическую практику.

Так как реагент является здесь продуктом электролиза, то количество его, пошедшее на титрование определяемого вещества, а следовательно, и количество последнего, может быть определено по количеству затраченного за время титрования, вплоть до сигнала о завершении его, электричества. Необходимо, чтобы всё затраченное в процессе титрования электричество расходовалось исключительно на генерирование титранта. Возможность одновременного протекания каких-либо побочных процессов должна быть совершенно исключена.

Генерирование титранта производят при контролируемом значении генераторного тока. Поддержание этого тока постоянным (это возможно при достаточном содержании в растворе вещества, продуктом электрохимического разложения которого является титрант) соответствует введению в раствор во времени определённых порций реагента, как это имеет место при обычном титровании.

Метод кулонометрического титрования часто называют кулонометрией при постоянной силе тока и относятся к числу косвенных кулонометрических определений, так как здесь в электрохимическом процессе участвует не само определяемое вещество, а некоторый промежуточный продукт, химически реагирующий затем с этим веществом.

В кулонометрическом титровании применяются различные способы определения эквивалентной точки. Могут быть применены и те же, что и в обычном титровании (например, цветные индикаторы). Однако высокая чувствительность и точность этих методов обусловливает применение и более чувствительных способов индикации, обеспечиваемых инструментальными методами анализа: амперометрией, потенциометрией, спектрофотомерией, фотоэлектроколориметрией.

Кривая кулонометрического титрования может быть вычерчена в координатах: сила тока в индикаторной цепи (по оси ординат) - время (по оси абсцисс).

Ясно, что при постоянной силе тока в генераторной цепи время прямо пропорционально количеству добавляемого к титруемой пробе реагента. Эта величина обычно откладывается по оси абсцисс при объёмно-аналитических определениях. Форма кривой титрования будет зависеть от того, какая из окислительно-восстановительных пар - определяемая или генерируемая, в качестве титранта - или обе они являются электрохимически обратимыми.

Для потенциометрической индикации конечной точки титрования применяется обычная в потенциометрии электродная пара, состоящая из платинового индикаторного и каломельного электрода сравнения. Другов Ю.С. Экологическая и аналитическая химия. - М.: 2000. - 432с.

При фотометрическом определении конца титрования производится слежение за изменением величины оптической плотности пробы. В этом случае отпадает необходимость в применении индикаторных электродов. Для измерения оптической плотности титруемого раствора пользуются фотоэлектроколориметрами или спектрофотометрами, в соответствующем отделении которых устанавливают кулонометрическую ячейку.

Кулонометрическим путём можно осуществлять бромометрическое, йодометрическое, пермаганатометрическое, титанометрическое, хромометрическое и другие виды титрований.

Подобно другим методам физико-химического анализа, кулонометрия применяется не только в аналитической химии, но и вообще в различных физико-химических исследованиях. Кинетика и механизм реакций, каталитические процессы, комплексообразование, химическое равновесие и т.д. являются теми областями, в которых применение кулонометрии оказывается весьма плодотворным.

Кулонометрический анализ основывается на измерении количества электричества, затраченного на количественное осуществление донного электрохимического процесса в данной пробе.

Определение количества прошедшего через испытуемый раствор электричества и называется кулонометрией.

Кулонометрические определения проводятся в условиях, исключающих возможность протекания побочных процессов.

Кулонометрический метод может быть применён для определения не только металлов, но и целого ряда других сложных веществ при их количественном электровосстановлении на катоде или электроокислении на аноде.

Осадка на электроде при этом не получается, полученный продукт остаётся в электролите, и содержание исходного вещества в пробе, как указывалось, оценивается по количеству затраченного на его получение электричества. Это количество электричества определяется при помощи кулонометра.

Кулонометр представляет собой электролизер, включаемый в цепь последовательно с ячейкой для электролиза. Для кулонометра подбирают электрохимический процесс, протекающий со стопроцентным выходом по току и сопровождающийся выделением определённого вещества, количество которого можно легко и точно установить тем или иным способом.

Через оба последовательно соединённых электролизера - электроаналитическую ячейку и кулонометр - пройдёт, естественно, одно и то же количество электричества.

От титрования в обычном понимании этого слова кулонометрическое титрование отличается тем, что здесь производится электролитическое генерирование титранта, причём в подавляющем большинстве случаев непосредственно в том же растворе, в котором находится и определяемое вещество. Электрогенерированный реагент вступает во взаимодействие с определяемым веществом и появление малейшего избытка его, свидетельствующего о конце титрования, мгновенно фиксируется специально предусмотренной для этого индикаторной системой. Необходимо, чтобы титрующее вещество реагировало с определяемым быстро и количественно, не взаимодействуя ни с каким другим из имеющихся в данной пробе.

В кулонометрическом титровании аналитическим сигналом является не объём стандартного раствора титранта, а количество электричества, которое необходимо для его получения. Кулонометрическое титрование, в отличие от прямой кулонометрии, используется для определения электронеактивных веществ. Измерения в кулонометрическом титровании проводятся при постоянной силе тока. Количество электричества при таком режиме измерения равно произведению силы тока на время электролиза (рис. 1).

Схема установки для кулонометрического титрования приведена на рис. 2

Рис. 1 Зависимость I от t в гальваностатической кулонометрии

Рис. 2 Принципиальная схема установки для кулонометрического титрования: 1) устройство для измерения разности потенциалов; 2) сопротивление; 3) источник постоянного тока; 4) хронометр; 5) рабочий электрод; 6) вспомогательный электрод.

Рабочий электрод изготовлен, как правило, из платины, золота, ртути (для катодных процессов). Вспомогательный электрод - платиновая проволока, реже - графит. Вспомогательный электрод обычно отделяют от раствора диафрагмой, изготовленной из пористого стекла или пластмассы.

В основе кулонометрического титрования могут лежать различные типы химических реакций.

Титрант в кулонометрическом титровании обычно получают в электролитической ячейке в результате электрохимической реакции, протекающей на рабочем электроде (внутренняя генерация титранта). Если это по той или иной причине невозможно, электрогенерацию титранта проводят в специальном устройстве, находящемся вне ячейки (внешняя генерация титранта).

Конечную точку кулонометрического титрования обнаруживают так же, как и в других титриметрических методах анализа: визуально с помощью индикатора или инструментальными методами (потенциометрически, амперометрически, фотометрически и др.).

Перед проведением титрования обычно проводят предварительное титрование (предэлектролиз). При этом генерируют небольшое количество титранта, необходимое для достижения конечной точки титрования фонового раствора. Цель предварительного титрования - удаление возможных примесей посторонних веществ и устранение погрешности, связанной с состоянием поверхности рабочего электрода. www.akvamax.com

2. Устройство ячейки и принцип работы

Типичная ячейка для кулонометрического титрования с внутренней генерацией титранта представлена па рис. 3,а. В титровальной ячейке находятся магнитная мешалка 2, трубка 3 с пористой перегородкой 4, генераторные электроды 5, а также индикаторные электроды 6.

Рис. 3

Титровальная ячейка для кулонометрического титрования с внешней генерацией титранта отличается тем, что она комплектуется специальным электролизером, где генерируется титрант. В титровальную ячейку тигрант поступает из электролизера 7, где он генерируется при пропускании тока через электроды 5. Электроды разделены от входной камеры 10, куда поступает генерируемый реагент, пористыми перегородками. Титрант в титровальную ячейку направляется через капиллярную трубку 8, а второй компонент, получающийся при электролизе, через трубку 9 сбрасывается в слив. Титровальная ячейка оснащена мешалкой 2 и электродами 6 для индикации конечной точки титрования.

На рис. 4 показана упрощенная схема кулонометрического полуавтоматического титратора с внутренней генерацией титранта.

Рис 4

Титратор снабжен титровальной ячейкой 1, схемой индикации конечной точки 2, имеющей на своем выходе электромагнитное реле Р с двумя нормально замкнутыми контактами IP--2Рf источником постоянного тока 3 с балластным сопротивлением R и миллиамперметром тА в цепи генераторных электродов, электрическим секундомером 4 и пусковой кнопкой К. Напряжение, создаваемое источником постоянного тока, обычно устанавливается довольно высоким, примерно 100--200 в. При значительной величине балластного сопротивления R достигают хорошей стабилизации генераторного тока.

При нажатии кнопки К включается цепь генераторных электродов и запускается секундомер. В конечной точке титрования срабатывает реле Р, размыкая цепь генераторных электродов и останавливая секундомер По установленной сопротивлением R величине генераторного тока п времени, необходимом для проведения титрования, рассчитывают искомую концентрацию титруемого компонента в растворе. Погрешность электрического секундомера зависит от стабильности частоты электрической сети, поэтому подобные схемы где количество электричества измеряется по длительности пропускания генераторного тока, не могут обеспечить погрешность меньше 1 -- 1,5%. www.titrovanie.ru

Заключение

Преимущества кулонометрического титрования перед другими титриметрическими методами анализа заключаются в том что:

- титрант не нужно готовить, стандартизировать и хранить;

- можно получать титранты (например, Fe2+ или Cl2), которые сложно или невозможно приготовить обычным способом;

- титрант легче «дозируется» (отрегулировать силу тока значительно легче, чем добавить точный объём титранта);

- раствор в процессе титрования не разбавляется;

- в процессе предэлектролиза можно устранить мешающее влияние примесей;

- одну и ту же ячейку можно использовать для любого вида титрования;

- процесс анализа можно легко автоматизировать.

Список использованных источников

1. В.Д.Пономарев/Аналитическая химия/часть2/Москва «Высшая школа»/ 2005 г.

2. http://wikipedia.tomsk.ru/- интернет статьи

3. Зозуля А. Н.. Кулонометрический анализ, 2 изд., Л.. 2008

4. Кулаков М.В «Технологические измерения и приборы для химических производств»

5. Иванова М.А. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа: Учеб. Пособие. - М.: Издательство РИОР, 2006. - 289 с.

6. Другов Ю.С. Экологическая и аналитическая химия. - М.: 2010. - 432с.

Размещено на Allbest.ru