Потенціометричні методи аналізу

Потенціометричний метод заснований на залежності потенціалу індикаторного електроду від концентрації йонів, що визначаються.

У загальному випадку потенціал розраховується за формулою Нернста:

де - електродний потенціал в умовах досліду, В; - стандартний електродний потенціал, В; R - універсальна газова стала, Дж/(моль·К); F - стала Фарадея Кл/моль; Т - абсолютна температура, К; z - кількість електронів, що беруть участь у елементарному акті електрохімічної реакції; - активність.

Існують методи визначення аніонів, катіонів і активних нейтральних молекул. При цьому використовуються різноманітні типи електродів.

Електрод, який чутливий до даного виду йонів, чи речовини називається індикаторним. Він завжди використовується в парі з електродом порівняння (каломельним або хлоридсрібним). Можливо безпосереднє визначення концентрації електрохімічно-активної речовини по електродному потенціалу. Для цього будують калібрувальний графік залежності від lgс, що частіше усього має лінійний характер. За допомогою графіка по визначеному значенню знаходять концентрацію невідомого розчину.

Інший спосіб - потенціометричне титрування: відновлена форма (титрат) титрується окислювачем - титрантом. У цьому випадку, наприклад, в ацидометрії, криві потенціометричного титрування мають вигляд, приведений на рис.20. Точка еквівалентності буде знаходитися в тому місці кривої, де є максимум, тобто в області найбільшої швидкості зміни функції. Якщо хвиля на графіку полога, то більшу точність має диференціальний графік (рис. 21). Для його побудови використовується графічне диференціювання.

 

Рис. 20. Інтегральний графік

потенціометричного титрування

 

Рис. 21. Диференціальний графік потенціометричного титрування.

 

Особливе місце серед потенціометричних методів займають методи, які засновані на вимірюванні рН. Для цього використовують рН-метри та іономіри.

Лабораторна робота № 8

Потенціометричне титрування кислот

 

Мета роботи: визначити кількість кислоти в розчині потенціометричним титруванням.

Прилади та реактиви:

рН–метр мілівольтметр типу ЛПУ – 01; розчин з молярною концентрацією еквівалентів хлоридної кислоти (HCl) 0,1 моль/л, розчин з молярною концентрацією еквівалентів оцтової кислоти (CH₃COOH) 0,1 моль/л, розчин з молярною концентрацією еквівалентів натрій гідроксиду (NaOH) 0,5 моль/л, бюретки.

 

Робота з приладом

рН–метр мілівольтметр типу ЛПУ – 01 призначений для вимірів концентрацій йонів Гідрогену (Н⁺). Діапазон вимірювання рН від "0" до"14". Границі температурної компенсації приладу від 0 до 100⁰С. Прилад складається з перетворювача і системи електродів. На передній панелі перетворювача розташовані органи оперативного управління і пристрій, що показує. Електродна система, яка складається з вимірювального (скляного) та допоміжного хлоридсрібного електродів, занурена у розчин (рис. 22).

Виміри виконують таким чином:

1. Вмикають прилад у мережу і прогрівають протягом 15 хвилин (тумблер "Включено").

2. Перемикач "Виды работ" – у положення "рН".

3. Перемикач "Пределы измерений" – у положення "–2 – 14".

4. Перемикачем "Температура раствора" встановлюють кімнатну температуру.

5. Виконують калібрування приладу за допомогою стандартних буферних розчинів.

5.1. Електродну систему занурюють у стандартний буферний розчин 1,68 рН. Перемикач "Пределы измерений" встановлюють у положення "–2–2". По верхній шкалі приладу реєструють показання. Якщо на приладі не встановлюється показання 1,68, то перемикачем "Настройка по буф. раствору" встановлюють це значення.

5.2. Промивають електродну систему дистильованою водою.

5.3. Занурюють електроди в наступний стандартний буферний розчин 9,18 рН. Перемикач "Пределы измерений" встановлюють у положення "6–10" і обертанням перемикача "Крутизна" домагаються положення стрілки приладу на рН 9,18.

 

 

14 15 13 10 12 9 11 5 8 2 4 3 6 7 1

 

Рис. 22. рН–метр мілівольтметр типу ЛПУ – 01

1 – тумблер "Включено"; 2 – перемикач "Виды работ"; 3 – перемикач "Температура раствора"; 4 – перемикач "Пределы измерений"; 5 – регулятор "Настройка по буф. раствору"; 6 – регулятор "Крутизна"; 7 – шкала приладу; 8 – світловий індикатор; 9 – "Датчик" – місце підключення скляного електроду (10); 11 – місце підключення хлоридсрібного електроду (12); 13 – термометр; 14 – штатив з рухомим столиком (15) для ємності з досліджуваним розчином.

5.4. Промивають електродну систему дистильованою водою.

5.5. Цю процедуру (пп. 5.1–5.4) повторюють, поки на приладі самовільно не встановляться певні значення рН.

6. Занурюють електроди в досліджуваний розчин. Встановлюють межу вимірювань "–2–14". По нижній шкалі приладу визначають приблизне значення рН. Потім вибирають межу вимірювань відповідно до попередньо отриманого значення рН і реєструють точне значення рН розчину по верхній шкалі.

Методика виконання роботи

Потенціометричне титрування кислот здійснюють із скляним електродом. Вимірювальним приладом, що дозволяє визначити ЕРС ланцюга і пропорційне їй рН, є електродний рН-метр.

На відміну від методу виміру рН розчинів у цій роботі в калібруванні рН-метра по буферних розчинах немає необхідності. Достатньо знати відносні значення рН.

Протягом усієї роботи прилад не вимикати!

1. Титрування сильної кислоти. У стакан для титрування наливають 10 мл хлоридної кислоти, а потім добавляють у нього дистильовану воду доти, поки електроди не виявляться зануреними в розчин не менше чим на 20 мм (мітка на стакані). Вимірюють рН. Титрують кислоту розчином лугу. Після додавання титранту (лугу) розчин у посудині старанно перемішують скляною паличкою і знову визначають рН. Дані титрування заносять у таблицю. Перше титрування проводять, додаючи титрант порціями по 0,5 мл. В області еквівалентності при повторному проведенні титрування титрант добавляють порціями по 0,1 мл. Таким чином, уточнюють поводження кривої в області знаходження точки еквівалентності. Дані титрування заносять у таблиці 19, 20.

Таблиця 19