Тура потенциометрия (ионометрия). 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Тура потенциометрия (ионометрия).



Сурет. Калибрлі график.

Бақылау сұрақтары

1. Фотоколориметриялық анализ әдісінің негізі.

2. Фотоколориметрия және спектрофотометрия.

3. Фотоколориметрлік және спектрофотометрлік әдістердің сезімталдығы.

4. Фотоколориметрлік және спектрофотометрлік анықтаулардағы дәлдіктер және оптимальды концентрацияны таңдау.

5. Фотоколориметрлік анализде қолданылатын қондырғылар.

6. Құрамында хром иондары бар ағызынды суларды тазарту әдістеріне сипаттама.

№14 Лабораториялық сабақ.

Тақырыбы: Фторид-селективтi электрод көмегiмен су құрамындағы фторидтердi анықтау.

Өлшеу құмыстарына қажетті құрал-жабдықтар мен реактивтер:

1. Натрий фторидi, 0,1 М стандартты ерiтiндiсi.

2. Калий нитраты, 1,0 М ерiтiндi.

3. Натрий силикаты (натрий, калий иодидi, хлоридi, бромидi), 0,1М ерiтiндiсi.

4. рН-метр, иономер.

5. Индикаторлы электрод, фторидселективтi; хлоркүмiс.

6. Салыстырмалы электрод.

Жұмыстың мақсаты: студенттерге фторид-селективтi электрод көмегiмен су құрамындағы фторидтердi анықтауға үйрету.

Пререквизитор: аналитикалық химия, жалпы химия.

Постреквизиттер: физикалық химия, электрохимия және т.б. пәндерді игеру қажет.

Студенттің алдын-ала меңгеріп келуге тиісті дағдылары:

3. Фотоколориметриялық анализ әдістері тақырыбы бойынша орындалатын жұмыстың методикасы.

4. Фотоколориметриялық анализ әдістерінің негізі.

Студенттің алдын-ала біліп келуге тиісті мәліметтері:

7. Колориметрлік анализ әдісі.

8. Жарық сіңірілуді міндеттейтін негіхзі көрсеткіштер.

9. Жарық сіңірілуді ңнегізгі заңы.

10. Сіңіру спектрлері.

11. Фотоколориметриялық анализде қолданылатын қондырғылар.

12. Фотоколоиметриялық анализ әдісінің артықшылықтары мен кемшіліктері.

 

Жұмыстың орындалуы:

Ө лшегiш приборды ток көзiне қосады және 15-20 минут қыздырады.

Сыйымдылығы 50, мл өлшегiш колбада 1,0.10-2, 1,0-10-3, 1,0.10-4, 1,0 10-5 және 1,0.10-6 М NaF ерiтiндiлерiн дайындайды. Ол үшiн, әрбiр колбада күштi электролит KNO3-ның тұрақты (0,1М) концентрациясын сақтай отырып 0,1000 М бастапқы стандартты ерiтiндiсiн сұйылтады. Ерiтiндiлердi 1-кестеге сәйкес дайындайды:

Тура потенциометрия (ионометрия).

Тура потенциометрия – тәсiлi, анализденетiн ерiтiндiге сәйкес келетiн индикаторлы электрод салып, оның потенциалын салыстырмалы электродпен, әдетте күмiсхлорлы электродын өлшеуге арналған. Сосын, Е-рС (С-анықталатын ионның стандартты ерiтiндiлерiнiң концентрациясы) координатасында тұрғызылған градуирленген қисық бойынша, анализденетiн ерiтiндiдегi анықталатын ионның концентрациясын табады.

Потенциометрлиялық өлшеулерде, индикаторлы электрод ретiнде металдық электродтарға электрон өткiзгiштiк тән.

Металдық электродтар. Металдық электродтарды активтi және инерттi деп бөледi. Активтi металдық электродтарды Ag, Cu, Cd, Pb металдардан дайындайды, бұл металдар қайтымды тотығу-тотықсыздану жартылай реакциясының тотықсызданған формасын түзедi. Мұндай электродтардың кез келгенi, өз иондары бар ерiтiндiде, осы иондардың активтiлiктерi өзгеруi кезiнде қайтымды өзгеретiн потенциалға ие болады. Мысалы, Ag+ + e- ®Ag қайтымды жартылай реакциясы теңдеуiне сәйкес, Ag+ иондарының активтiлiгiне күмiс электроды потенциалының тәуелдiлiгi, Нернст теңдеуiмен сипатталады:

E=E0 Ag+/Ag + 0,059 lg aAg

Бұдан, күмiс электродының өлшенген потенциалы бойынша, ерiтiндiдегi Ag+ иондарының активтiлiгi туралы айтуға болады. Күмiс электродына ұқсас, ерiтiндiдегi өз иондарының активтiлiгiне қайтымды тәуелдi болатын электродтарды бiрiншi реттiк электродтар деп атайды.

Активтi металдық электродтарды тек өз иондарын ғана емес, осы иондармен аз еритiн немесе комплекстi қосылыстар түзетiн аниондарды анықтау үшiн де қолдануға болады. Потенциалдары иондардың активтiлiктерiне тәуелдi болып, аз еритiн қосылыстар түзетiн электродтарды салыстырмалы электродтар деп атайды.

 
 

6 - сурет. Электродты функциясының орындалу интервалы және ионселективтi электродтың анықтау шегi.

 

Электрод селективтiлiгi басқа В ионының қатысында анықталатын А ионына салыстырмалы түрде электродты селективтiлiгi, селективтiлiктiң потенциометрлiк коэффициентiмен kA,B-сипатталады. Егер kA,B <1 болса, онда электрод А ионына салыстырмалы түрде, ал kA,B >1 болса, В ионына салыстырмалы түрде селективтi.

Ионселективтi электродтың селективтiлiк коэффициентiн анықтау үшiн, құрамында басқа В иондары бар және айнымалы құрамды А иондары бар ерітінділерде осы электродтың потенциалын өлшейді. 3-ші суретте электрод потенциалының анықталынатын ион А, активтілігіне тәуелділігі келтірілген. А активтілігінің төмендеуімен, түзу сызықты тәуелділіктен ауытқуы байқалады және қандай да бір уақытта электрод потенциалы ион А активтілігіне тәуелді болмайды. Бұл, электрод А иондарына салыстырмалы түрде электродты функцияны орындауы тоқтайды және оларды В иондарынан бөлмейді. Ерітіндідегі А иондарының активтілігі тұрақты болғандықтан, электрод потенциалы осы мезгілден бастап өзгермейді.

Түзу сызықты бөліктердің қиылысу нүктесінде ЕА=EB және ZА=ZB кезінде

aA/aB=kAB

kAB мәні аз болған сайын электрод селективтілігі А ионына салыстырмалы түрде жоғары болады. 3-суреттен көрініп тұрғандай, қарастырылып отырған электрод үшін

kAB=10-3.5/10-1=10-2.5

Ионоселективті электродтың уақыты электродтың тұрақты потенциалға жету уақытын сипаттайды. Белгі беру уақыты аз болған сайын, электрод жақсара түсіде. Белгі беру уақыты, секундтай бірнеше минуттарға дейін өзгеруі мүмкін. Бұл мембрана табиғатына, сондай-ақ потенциалды өлшеу әдістемесіне, яғни электродтың сұйытылған ерітіндіде анағұрлым концентрлі ерітіндіге немесе керісінше ауыстыруына тәуелді. Көптеген электрод үшін, электрод потенциалы 1 минут барысында соңғы шаманың 90% -та аса мәніне жетеді.

7 - сурет. Селективтілік коэффициентін анықтау.

 

Гальваникалық элементтің ИСЭ-пен ЭКҚ-ін өлшеу үшін, көбнесе жоғары кіру кедергісі бар (иономерлер, рН-метрлер) әртүрлі марқалы электронды вольтамперлер қолданылады.

ИСЭ-пен жұмыс жүргiзгенде, оны алдын-ала калибрлеу қажет - электрод потенциалымен анықталатын ионның концентрациясы немесе активтiлiгi арасында тәуелдiлiк орнату қажет. Е-раi(Е-рсi) координаталарында градуирленген график тұрғызу үшiн, анықталатын қосылыстардың стандартты ерiтiндiлерiн қолданады. Көбiнесе, бастапқы ерiтiндiнi дистилденген сумен кезектi сұйылту жолын қолданады. Бұл кезде, зерттелiп отырған ионның активтiлiк коэффициентi белгiлi немесе оңай есептелуi мүмкiн деп есептеледi.

Тұрақты иондық күш тәсiлi танымал және универсалды: индифференттi электролитi бар потенциал анықтайтын компонент-ерiтiндiлерi қолданылады, ол зерттелетiн және стандартты ерiтiндiлерде тұрақты иондық күш жасайды. ИСЭ калибрлi -қисығының мәлiметтерi бойынша келесi электрохимиялық сипаттамаларды анықтайды.

1. Электродты функцияның Нернстi аумағы -потенциалдың потенциал анықтаушы иондардың активтiлiгiне (концентрациясына) түзу сызықты тәуелдiлiгiнiң интервалы.

2. Электродты функцияның бiрден бұзылуы (крутизна) -градуирленген графиктiң (Е- раi, Е-рсi) иiлуiнiң бұрыштық коэффициентi.

3. Потенциал анықтаушы ионды (Сminp) анықтау шегi, ол үшiн екi бағытты қолдануға болады:

а) Е-рсi тәуелдiлiгiнiң түзу сызықты бөлiгiн экстрополирлейдi, алынған нүктесi абсцисса өсiндегi Сmin, р шамасына сәйкес келедi.

б) электродты функцияның экстрополирленген түзу сызықты бөлiгiнде, эксперименттiк қисықтағы 18/z мВ-да нүктенi табады /Сmin, Р, ионометрияда ауытқуы Нернст тәуелдiлiгiнен 59/zlg2, яғни 18z мВ-ты құрайтын концентрацияға сәйкес келедi, электродты функцияның теориялық шамадан бiрден бұрылуының (крутизна) ауытқуы жағдайында, Сmin, Р анықтау үшін градуирленген графиктен экспериментальды табылған мәндерді қолданады.

4. ИСЭ белгі беру уақыты - стационарлы потенциалға жету уақыты.

5. Электродтардың басқа иондардың қатысында анықталатын ионға жоғары селективтілік көрсететіндей құрамда таңдап, арнайы шынылардан дайындайды.

6. Алғашқы шыны мембранасы бар электрод – рН өлшеу үшін қолданылған басқа барлық электродтарды ығыстырған Н+ иондарына салыстырмалы түрде селективті электрод болған.

 
 

рН өлшеуге арналған қазіргі заманғы шыны электрод 4- суретте бейнеленген.

 

8 - сурет. рН өлшеуге арналған шыны электрод. Оның негізгі бөлігі - шыны түтікке дәнекерленген шарик формасындағы жұқа шыны мембрана.

 

Мембраналарды дайындау үшін, көбіне құрамында 22% Na2O, 6% CaO, 72% SiO2 бар шыны қолданылады. Шариктiң iшiне күмiс хлоридiмен қанықтырылған 0,1 М тұз қышқылы ерiтiндiсiн құяды және күмiс сым салады, ол iшкi салыстырмалы электрод қызметiн атқарады. Шыны құрылымын, кремний атомы арқылы бiр-бiрiмен байланысқан оттегi атомдарының торы құрайды. Кремнийдiң әрбiр атомы, оттегiнiң төрт атомымен байланысқан, ал оттегiнiң әрбiр атомы екi SiO4 тобына қатысады, сондықтан үш өлшемдi тор түзiледi. Ондағы бос жерлер оттегiмен электростатикалық әрекеттесуi есебiнен ұсталып тұрған катиондармен толтырылған. Катион заряды жоғары болған сайын ол берiк ұсталады. Сондықтан шынының гидратациялану кезiнде протондармен алмасу реакциясында тек бiр зарядты катиондардың практика жүзiнде қатысуға қабiлеттi.

Егер шыны электродты бiршама уақыт суда ұстаса, онда мембрананың екi беттiк қабатында гидратталған гельдiң жұәа қабаты /10-4 мм/ түзiледi. Бұл кезде, натрий иондарын ығыстырып, барлық жерлерде Н+ иондары орналасады. Жақсы жуылған шыны электродтың потенциалы келесi теңдеумен сипатталады:

Е=0,059/lg aH+

Бұл, электродтың сутектi функцияға ие екендiгiн көрсетедi және оны рН өлшеу үшiн қолдануға болады. Бiрақ, күштi қышқылдық және күштi сiлтiлi орталарда электродтар қате нәтижелер беретiндiгiн естен шығармау керек, яғни өлшеудiң (DрН) үлкен қателiгi байқалады. Осы күнге дейiн күштi қышқылдық орталарда рН өлшеудiң нәтижелерiнiң жоғары болуын түсiндiретiн бiркелкi түсiндiрмелер жоқ. Күштi сiлтiлi орталардағы төмен нәтижелер, гидратталған гельдiң беттiк қабатында алмасу реакциясының салдарынан сiлтiлiк металдар иондарының әсерiмен түсiндiредi:

Н+ + Gel- + M+ Û M+ Gel- + H+

шыны ерiтiндi шыны ерiтiндi

 

Бұл реакцияның тепе- теңдік константасы Кн-м, шыны сортына тәуелді, сондықтан әртүрлі шыны мембраналары, әртүрлі селективтілік kH,M= Кн-м UM/UH сипатталады.

Сiлтiлi ерiтiндiлердiң рН-ын өлшеудегi қателiк, сондай-ақ шыны сортына тәуелдi болады.

Шыны электродтың негiзгi артықшылығы: жұмыстың қарапайымдылығы, рН кең аумағында қолданылуы, тепе-теңдiктi тез орнату және тотығу-тотықсыздану жүйелерiнде рН анықтау мүмкiндiгi болып табылады. Ал кемшiлiгiне, олардың конструкциясының омырылғыштығы және күштi сiлтi және күштi қышқыл ерiтiндiлерге өту кезiндегi жұмыстың күрделiлiгi жатады.

 

№ 3 Лабораториялық жұмыс

Тақырыбы: Потенциометрлік титрлеу әдісімен тұз қышқылының мөлшерін анықтау.

Өлшеу жұмыстарына қажетті құрал-жабдықтар мен реактивтер:

1. рН-метр, индикаторлы шыны электроды, хлоркүміс салыстырмалы электроды, сыйымдылығы 50-100 мл стакандар.

2. Натрий гидроксидiнің 0,1 М стандартты ерiтiндiсi, ацетон.

3. Буферлі ерітінділер: рН=3,56/КС4Н5О6 қаныққан ерітіндісі және рН=9,18/0,05М N2В4О7 ∙ 10Н2О ерітіндісі.

Жұмыстың мақсаты: Потенциометриялық анализ әдісінің теориялық негізін оқытып, потенциометрлік титрлеу әдісімен шыны электрод көмегiмен ерiтiндi рН-ын анықтау, тотығу-тотықсыздану реакциясын қолдану арқылы индикатор электродының көмегімен анықталатын заттар мөлшерін анықтау.

Зерттеу тақырыбының қажеттілігі: Қазіргі замандық инструменталды анализ әдістерінің ішінде кең қолданыс тапқан потенциометрия тәсілін студенттерге іс жүзінде көрсетіп, қондырғыда жұмыс істеу тәсілін меңгеруге, әртүрлі ерітінділер құрамындағы анықталатын заттар мөлшерін ионселективті электродтар көмегімен анықтауды үйрету болып табылады.

Пререквезиттер: ж алпы химия, физикалық химия.

Постреквизиттер: электрохимия негіздері, аналитикалық химия, химиялық сараптама және т.б. пәндерді игеру қажет.

Студенттің алдын-ала меңгеріп келуге тиісті дағдылары:

1. Потенциометриялық анализ әдістері тақырыбы бойынша орындалатын жұмыстың методикасы.

2. Электрохимияның негізгі заңдары.

3. Электродтар классификациясы, электродтар түрлері.

4. Индикатор электроды, ионселективті электродтар, олардың конструкциясы.

5. Потенциометриялық анализ әдісі.

6. Нернст теңдеуі. Электр қозғаушы күш. Электрод потенциалы.

 

Студенттің алдын-ала біліп келуге тиісті мәліметтері:

1. Электр қос қабаты.

2. Электрод потенциалының пайда болуы.

3. Электрохимияның негізгі заңдары.

4. Электродтар классификациясы, электродтар түрлері.

5. Ионометрия. Ионселективті электродтар.

 

Жұмыстың орындалу реті

 

рН-ты өлшеу алдында жаңа шыны электрод бiр күн уақыттай 0,1 М HCl ерiтiндiсiнде немесе дистилденген суда тұруы қажет. Электродтарды тексеру және приборды (рН-метр) дайындауды буферлi ерiтiндi бойынша жүргiзедi.

Егер бiр буферлi ерiтiндi қолданылса мүмкiндiгiнше зерттелетiн ерiтiндi рН-ы тұратын диапазондағы рН-ты таңдаған дұрыс. Сенiмдi болу үшiн прибор көрсеткiшiн басқа буферлi ерiтiндi бойынша тексередi. Өлшеу қателiгi 0,05 рН мәнiнен аспауы тиiс.

Прибордың дұрыстығын буферлік ерітінділер бойынша келесі реттілікпен тексереді: стаканға буферлі ерітіндінің біреуін (мысалы, рН=4,01) құяды, оған электродтарды батырып, электродтарды приборға жалғайды. Приборды рН өлшеуіш диапазонына қосады. Температура көрсеткіш корректорды қажетті температураға сәйкестендіріп, приборды берілген буферлі ерітіндінің рН мәндері бойынша тексереді. Буферлік ерітіндіге әрбір батырған сайын электродтарды жақсылап дистилденген сумен шайып, сүзгі қағазымен құрғатады. Прибор шкаласы бойынша рН-ты өлшеу 0,5-1 минут сайын жүргізіледі.

Жұмыс техникасы. Бастапқыда шамалап титрлеу жүргiзедi және ТСН-не сәйкес келетiн титрант көлемiн табады, келесi операцияларды жүргiзедi:

1. Приборды (рН-метр, иономер) суреттеуге сәйкес, жұмыс жағдайына келтiредi.

2. Оқытушы берген анализденетiн ерiтiндiнi өлшегiш колбаның белгiсiне дейiн сұйылтады және мұқият араластырады.

3. Ерiтiндi аликвотасын, сыйымдылығы 100-150 мл-лiк таза стаканға пипеткамен құяды, егер методикада қарастырылғандай, қажет болған жағдайда қажеттi компоненттердi қосады.

4. Ерiтiндiсi бар стаканды, титрлеу үшiн айналатын үстелше (магниттi араластырғышты) ортасына орналастырады, стаканға индикаторлы және салыстырмалы электродтарды салады, электродтарды центрифугалайды.

5. Бюретканы титрант ерiтiндiсiмен толтырады және оны штативке, бюретка ұшы стаканға етiп тұратындай етiп орналастырады, бiрақ титрленетiн ерiтiндiге тимеуi керек.

6. Үстелше (магниттi араластырғыш) айналу үшiн моторды қосады және шамалап (ориентировочное) титрлеудi жүргiзедi, бюреткадан титрант ерiтiндiсiнен 1,0 мл-ден қосып, әрбiр порциядан кейiн Е(рН) өлшейдi. Тұрақты мәндi алғаннан кейiн ғана ЭҚК есептейдi (ЭҚК өзгеруi, 1 минут бойы 2-3 мВ-тан аспауы тиiс).

Титрлеудi, ЭҚК (DЕ) немесе рН (DрН) өзгеруi, өзiнiң максимальды мәнiне жеткенше жүргiзедi, одан ары реагент ерiтiндiсiнiң жаңа порцияларын қосқанда, аз шамаға дейiн бiртiндеп төмендейдi. Титрлеу нәтижелерiн, 1-кестеде келтiрiлген форма бойынша жазады.

 

1-кесте. Шамалап титрлеу нәтижелерi

 

Титрант ерiтiндiсiнiң көлемi,V, мл ЭҚК, мВ (рН) DЕ, мВ (DрН)
     
     
     

 

Сосын Е (рН) секiрiсi аумағында нақты титрлеуге кiрiседi, салыстырмалы және индикаторлы электродтарды алдын ала мұқият жуады. Титрлеу үшiн, таза стаканға зерттелетiн ерiтiндiнiң жаңа сынамасын алып, жоғарыда көрсетiлген операцияларды орындайды. Сосын титрленетiн ерiтiндiге, шамалап титрлеуде анықталған ТСН-не сәйкес келетiн титрант мөлшерiнен 1 мл аз көлемде (V1) титрант қосады. Потенциалдың (рН) тұрақты мәнiне анықтаған соң, минимальды мөлшерде қосылатын титрант көлемiнде ТСН-н табу үшiн реагент ерiтiндiсiн тамшымен қосады (порцияға қосылатын тамшы саны, әрбiр орындалатын жұмыстардың анықтау жолын суреттеуде келтiрiледi). Тамшы саны, потенциалдың күтiлетiн секiрiсiнiң шамасымен берiледi: ол неғүрлым үлкен болса, соғұрлым титрант порциясының аз көлемiмен титрлейдi (минимальды көлем - бiрi тамшы). Титрлеу нәтижелерiн 2-кестеде көрсетiлген үлгi бойынша жазады, титрант көлемiн тамшы санымен өрнектейдi. Е (рН) секiрiсiне жеткеннен кейiн жоғарыда сәйкес көрсетiлгендей, тамшылатып титрлеу кезiнде DЕ (DрН) аз өзгеруiн және төмендеуiн тексередi. Жұмсалған титранттың жалпы көлемiн белгiлейдi.

Шамалап титрлеу процесiнде екi немесе одан да көп компоненттердiң қоспасын дифференциалды анықтау кезiнде, әрбiр ТСН аумағында потенциал секiрiсiнiң сәйкес келетiн соңын анықтайды. Одан ары осы аумақтарда нақты титрлеудi жүргiзедi. Бiрiншi секiрiстi тапқаннан (анықтағаннан) кейiн, жоғарыда суреттелгендей, екiншi ТСН-не дейiн титранттың қажеттi көлемiн, сосын DЕ екiншi максимумына өткенге дейiн тамшылатып қосып, титрлеудi жалғастырады. Екiншi компоненттiң мөлшерiн айырымы бойынша табады: екi компоненттi суммарлы анықтауға жұмсалған титрант ерiтiндiсiнiң жалпы көлемiнен бiрiншi ТСН анықтауға жұмсалған көлемдi алады.

 

 

2-кесте. Нақты титрлеу нәтижелерi.

 

Титрант ерiтiндiсiнiң көлемi, V (тамшы) ЭҚК, мВ (рН) DЕ, мВ (DрН)
V1 2т 4т … V2    

 

Анықтаудың орындалуы:

Приборды ток көзіне қосады 30 минут қыздыруға қояды. Приборды екі буферлі ерітінді бойынша рН-тың қышқылдық және сілтілі аумақтарына дайындайды. Ол үшін стаканға сәйкес келетін буферлі ерітіндіні құйып, электродтарды батырады, рН мәнін тіркейді, егер қажет болса арнайы дайындау көмегімен дұрыстайды. Буферлі немесе зерттелетін ерітіндіге электродтарды әрбір рет батырғанда, электродтарды дистелденген сумен жуады және электродтың беттік қабатын судың артық мөлшерін фильтр қағазымен абайлап сүртеді.

Титрлеуге арналған стаканға, пипеткамен зерттелетiн ерiтiндiнi құяды және 20-30мл дистилденген су қосады. Алынған ерiтiндiге индикаторлы және салыстырмалы электрод батырады.

Ерiтiндi рН-ның өзгеруiн тiркей отырып, шамалап титрлеу жүргiзедi. Титрлеу барысында, рН-тың екi секiрiсi пайда болады. Нақты титрлеуде, сiлтiнiң стандартты ерiтiндiсiн, бiрiншi секiрiс аумағында 4 тамшыдан және екiншi аумағында 8 тамшыдан қосады.

Бiрiншi (V1) және екiнщi (V2) ТСН-не сәйкес келетiн титрант ерiтiндiсiнiң дәл көлемiн табады. Зерттелетiн ерiтiндiден тұз қышқылының мөлшерiн (г), V1 және V2 көлемдердi ескере отырып есептейдi, бұл кезде, әрбiр жағдайға сәйкес келетiн эквиваленттiң молярлы массасының шамасын қолданады. Зерттеу нәтижелерiн кестеге енгiзедi. Тұз қышқылының мөлшерiн анықтайды.

№ 1-жүмыс. Тұз және сiрке қышқылдарын бiр-бiрiнiң қатысында анықтау.

 

Сулы ерiтiндiде тұз және сiрке қышқылдарының қоспасын әртүрлi титрлеудi тұз қышқылының мөлшерiне сәйкес келетiн бiрiншi эквивалент нүктесiндегi потенциал секiрiсiнiң әлсiз болуына байланысты, жеткiлiктi дәлдiкпен жүргiзу мүмкiн емес.

Сондықтан анализденетiн ерiтiндiден екi аликвотаны титрлейдi: бiрiншiде- сулы ортады қышқыл суммарлы мөлшерiне эквиваленттi сiлтiнiң стандартты ерiтiндiсiнiң көлемiн табады, ал екiншiде - сулы ацетатты ортада тұз қышқылының мөлшерiн анықтайды. Соңғысы, ацетон қатысында, сiрке қышқылының диссоциациялану дәрiжесiнең төмендеуi салдарынан жүруi мүмкiн.

Реагентер және аппаратура.

Натрий гтдроксидi, 0,1 М стандартты ерiтiндiсi.

Ацетон.

рН-метр.

Индикаторлы шыны электрод.

Салыстырмалы хлоркүмiс электроды.

 

Анықтаудың орындалуы. Титрлеуге арналған стаканға анализденетiн НСl және СН3СООН қоспасының аликвотасын, 20-30мл дистилденген су құяды.

рН-тың екi бiрiншi - кiшкене және екiншi - негiзгi секiрiстерiн анықтай отырып шамалап титрлеудi жүргiзедi.

Сулы ортада нақты титрлеу кезiнде, шамалап титрлеу кезiнде анықталған рН-тың бiрiншi секiрiсiне жақын маңда 6 тамшы стандартты сiлтi ерiтiндiсiн қосады.

Потенциалдың бiлiнерлiктей бiрiншi секiрiсiнiң болмауы, тұз қышқылын титрлеуге жүмсалатын сiлтi ерiтiндiсiнiң дәл шығынын анықтауға мүмкiндiк бермейдi. Екiншi секiрiс маңында сiлтi ерiтiндiсiне 2 тамшы порциялап титрлейдi, бұдан екi қышқылдың суммарлы мөлшерiне (V1) сәйкес келетiн титрант ерiтiндiсiнiң көлемiн анықтайды.

(V2) көлемдi есепке ала отырып, тұз қышқылының мөлшерiн (г) есептейдi, ал сiрке қышқылын - сулы ортада екi қышқылды суммарлы титрлеуге және сулы - ацетат ортады тұз қышқылын титрлеуге жұмсалған титрант көлемiнiң айырымы бойынша есептейдi.

Анықтау нәтижелерiн кестеге енгiзедi. Қышқыл қоспасының мөлшерiн анықтайды.

 

№ 2 жұмыс. Ерiтiндiде фосфор қышқылын анықтау.

 

Фосфор қышқылын екi саты бойынша титрлеуге болады:

 

H3PO4 + NaOH = NaH2PO4 + H2O

NaH2PO4 + NaOH = Na2HPO4 + H2O

 

бұдан, Ка,1 = 7,08 10-3; Ка,2 = 6,17 10-8.

 

Реагенттер және аппаратура.

Натрий гидроксидi 0,1 М стандартты ерiтiндiсi.

рН-метр.

Индикаторлы шыны электрод.

салыстырмалы хлоркүмiс электроды.

 

Анықтаудың орындалуы. Титрлеуге арналған стаканға, пипеткамен зерттелетiн ерiтiндiнi қҮяды және 20-30мл дистилденген су қосады. Алынған ерiтiндiге индикаторлы және салыстырмалы электрод батырады.

Ерiтiндi рН -ның өзгеруiн тiркей отырып, шамалап титрлеу жүргiзедi. Титрлеу барысында, рН -тың екi секiрiсi пайда болады. Нақты титрлеуде, сiлтiнiң стандартты ерiтiндiсiн, бiрiншi секiрiс аумағында 4 тамшыдан және екiншi аумағында 8 тамшыдан қосады.

Бiрiншi (V1) және екiнщi (V2) ТСН-не сәйкес келетiн титрант ерiтiндiсiнiң дәл көлемiн табады. Зерттелетiн ерiтiндiден фосфор қышқылының мөлшерiн (г), V1 және V2 көлемдердi ескере отырып есептейдi, бұл кезде, әрбiр жағдайға сәйкес келетiн эквиваленттiң молярлы массасының шамасын қолданады. Зерттеу нәтижелерiн кестеге енгiзедi. Фосфор қышқылының мөлшерiн анықтайды.

 

Қысқаша теориялық мағлұмат

 

Потенциометрлiк титрлеу, анықталатын компонент пен титрант арасында химиялық реакция процесiнде, индикаторлы электрод потенциалының өзгеруiн тiркеуге негiзделген. Эквивалент нүктесiнiң маңында, индикаторлы электрод потенциалының бiрден өзгеруi (секiрiсi) жүредi. Бұл, титрлеу реакциясына қатысушылардың бiреуi, электродты процестiң қатысушысы болған жағдайда ғана байқалады. Мысалы, қышқылды- негiздiк әсерлесу әдiсi бойынша титрлеу, шыны электродпен, хлоридтердi анықтау -хлоркүмiс электродымен және т. б. орындалады. Басқа титриметриялық әдiстер сияқты, потенциометриялық титрлеу реакцияларды да қатаң стехиометриялық түрде, жоғары жылдамдықпен және реакция соңына дейiн жүруi тиiс. Титрлеудiң соңғы нүктесiн (ТСН), реакцияның аяқталу мерзiмiне жауап беретiн потенциал секiрiсi бойынша табады.

 

ТСН-iн анықтаудың есептеу және графикалық тәсiлдерi. Қосылған тамшы санын (N) бiле отырып, бiр тамшының көлемiн мл есептейдi.

 

 

ТСН-не нақты жауап беретiн реагент ерiтiндiсiнiң көлемi (Vтсн) мына формула бойынша есептеледi.

 

Vтсн = V1 + [(m + n/2)Vт

 

мұндағы, m -потенциал секiрiсiне дейiн қосылған тамшы саны, n - DЕ секiрiсiн тудырған титрант ерiтiндiсiнiң порциясын құрайтын тамшы саны.

Анықталатын компонент m (г) мөлшерiн келесi формуламен есептейдi.

 

m=Vтсн cV0Э/(V3 ∙ 1000)

 

Мұндағы, V0-анализденетiн ерiтiндiсi бар өлшегiш колба сыйымдылығы, с- титрант ерiтiндiсiнiң концентрациясы, М; Э-анықталатын компонент эквивалентiнiң молярлы массасы; V3-титрлеуге алынған анализденетiн ерiтiндiнiң аликвота бөлiгiнiң көлемi.

ТСН анықтаудың есептеу тәсiлiнен басқа, графикалық тәсiлi де белгiлi, ол үш типтi титрлеу қисығын құруға негiзделген.

1. Титрант көлемiне (V) Е (рН) графикалық тәуелдiлiгiн бейнелейдi, яғни интегралды қисық тұрғызады 1-сурет. Эквивалент нүктесiне сәйкес келетiн немесе сейкес келмейтiн қисықтың иiлу нүктесiне ТСН жауап бередi. Иiлу нүктесiн табу үшiн, жоғарғы және төменгi бөлiктерiне көлбеу екi параллельдi жанама қисықтар жүргiзедi және қосылысу нүктесi, оны титрлеу қисығымен осы түзудi екi әртүрлi бөлiкке бөлетiндей етiп, тiке қосады (А-нүктесi, 1а-сурет). А нүктесiнен түсiрiлген перпендикулярдың қиылысу нүктесi, абсцисса осiмен (V- осi -титрант көлемi) ТСН-не жауап беретiн титрант көлемiн бередi.

2. Қосылған титрант V (дифференциалды қисық) көлемiне DЕ/DV бiрiншi туындысының шамасының тәуелдiлiгiн бейнелеу, анағұрлым қарапайым және дәл болып табылады. Бұл жағдайда, қисық максимумы ТСН-не сәйкес келетiн пик (шың) тәрiздi формаға ие. Қисықтың щыққан екi тарауының (восходящих ветвей) қиылысу нүктетiсiнен абсцисса осiне түсiрiлген перпендикуляр, реакцияның аяқталуына жұмсалған титрант көлемiн корсетедi (1б-сурет).

3. ТСН-iн анағурлым дәл анықтауда, әсiресе, титрлеудiң ассиметриялық қисықтары немесе потенциалдың аз секiрiсi жағдайларында, V-нен D2Е/DV2 екiншi тәуелдiлiгiн қолдану қажет абсцисса осiнiң әртүрлi жағында (бөлiгiнде) орналасқан, қисықтың екi тарауының (ветвей) ұштарын қосады. Алынған қисықтың абсцисса өсiмен қиылысу нүктесi, ТСН-не жауап беретiн (сәйкес келетiн) титрант көлемiн бередi.

1-сурет. Потенциометрлiк титрлеу қисықтарды а-интегралды, б-дифференциалды, в-екiншi туынды бойынша қисық.

Потенциометрлік анализ тәсілі, қайтымды гальваникалық элементтердің электр қозғаушы күшін (ЭҚК) өлшеуге негізделген. Гальваникалық элемент, бір ерітіндіге батырылған (тасымалдаусыз тізбек) екі – индикаторлы және салыстырмалы электродтан тұрады. немесе сұйықтықты контактымен байланысқан (тасымаудаушы тізбек) құрамы бойынша өзгешеленетін екі ерітіндіден тұрады.

Потенциометрияда индикаторлы электродтардың екі класын қолданады:

3) Фазалық шекарадағы электродтар, электрон алмасу процестері жүреді. Мұндай электродтардың функциясы, зерттелетін ерітіндінің құрамы мен концентрациясына тепе-теңтік потенциалының тәуелділігіне негізделген, ол Нернст теңдеумен сипатталады.

 

Е=Е0ох/Rеd + 0,059/ nlg а ох/ аRеd

 

Мұндағы, Е-тепе теңдік потенциалы, Е0 – стандартты потенциал, егер электрохимиялық реакцияға қатысатын барлық компоненттердің активтіліктері бірге тең болса, стандартты потенциал тепе-теңдік потенциалына тең болады; n- жартылай реакцияға қатысатын электрондар саны.

Негізінен, бұлар активті бірінші реттік металдық электродтар (күміс, мыс, кадмий және басқалар) және инертті электродтар (платина, алтын).

4) Фазааралық шекараларда ион алмасу процестері жүретін электродтар – ионоселективті электродтар (ИСЭ).

Потенциометрияның екі түрі бар: тура потенциометрия (ионометрия) – тепе –теңдік потенциалын және ерiтiндiдегi иондардың активтiлiктерiн тiкелей өлшейдi; жанама потенциометрлиялық титрлеу – химиялық реакция процесiнде, анықталатын зат пен титрант арасындағы потенциалдың өзгеруiн тiркейдi.

Потенциометрлиялық өлшеулерде, индикаторлы электрод ретiнде металдық электродтарға электрон өткiзгiштiк тән.

Металдық электродтар. Металдық электродтарды активтi және инерттi деп бөледi. Активтi металдық электродтарды Ag, Cu, Cd, Pb металдардан дайындайды, бұл металдар қайтымды тотығу-тотықсыздану жартылай реакциясының тотықсызданған формасын түзедi. Мұндай электродтардың кез келгенi, өз иондары бар ерiтiндiде, осы иондардың активтiлiктерi өзгеруi кезiнде қайтымды өзгеретiн потенциалға ие болады. Мысалы, Ag+ + e- ®Ag қайтымды жартылай реакциясы теңдеуiне сәйкес, Ag+ иондарының активтiлiгiне күмiс электроды потенциалының тәуелдiлiгi, Нернст теңдеуiмен сипатталады:

 

E=E0 Ag+/Ag + 0,059 lg aAg

 

Бұдан, күмiс электродының өлшенген потенциалы бойынша, ерiтiндiдегi Ag+ иондарының активтiлiгi туралы айтуға болады. Күмiс электродына ұқсас, ерiтiндiдегi өз иондарының активтiлiгiне қайтымды тәуелдi болатын электродтарды бiрiншi реттiк электродтар деп атайды.

Активтi металдық электродтарды тек өз иондарын ғана емес, осы иондармен аз еритiн немесе комплекстi қосылыстар түзетiн аниондарды анықтау үшiн де қолдануға болады. Потенциалдары иондардың активтiлiктерiне тәуелдi болып, аз еритiн қосылыстар түзетiн электродтарды салыстырмалы электродтар деп атайды.

Инерттi металдық электродтарды платинадан немесе алтыннан дайындайды. Олардың потенциалдары, жартылай реакцияның тотыққан және тотықсызданған формаларының активтiлiктерiнiң қатынасына қайтымды тәуелдi. Мысалы, құрамында Ғе (III) және Ғе (II) иондары бар ерiтiндiге батырылған платина электродының потенциалы, Нернст теңдеуiне сәйкес:

 

Е=E0 Fe(III)/Fe(II) + 0,059/ a Fe(III)/Fe(II)

 

Fe(III) және Ғе(II) активтiлiктерiнiң қатынасына тәуелдi.

Электрод потенциалын өлшей отырып, Ғе (III) немесе Ғе(II) қатысында қандай да бiр химиялық реакцияның жүруi кезiнде аҒе(III)Ғе(II) қатынасының өзгеруiн де қадағалауға болады.

Ионселективтi электродтар. Ионселективтi электродтардың маңызды құрамдық бөлiгi, жартылый өткiзгiш мембрана болып табылады. Бұл жұқа қабат, ол электродтың iшкi бөлiгiн (iшкi ерiтiндi) анализденетiн ерiтiндiден бөлiп тұрады және тек бiр аттас зарядты бiрдей аттас зарядты басқа иондар қатысында тек бiр сортты иондар үшiн ғана ерекше өткiзгiш болып табылады. Мысалы, басқа сiлтiлiк металдардың иондарының қатысында Na+ ионын анықтау үшiн электрод дайындауға болады. Егер әртүрлi концентрациялардағы иондары бар А+ екi ерiтiндiнiң арасына жартылай өткiзгiш мембрананы орналастыратын болса, онда бұл ерiтiндiлердiң бiреуi-анализденетiн (немесе сыртқы) концентрацияға С, ал басқасы стандартты (немесе iшкi) - С2 ие. Мембрананың iшкi және сыртқы беткi қабаттарында иондардың алмасуы жүредi, яғни иондар ерiтiндiден мембрана фазасына өтедi. Ерiтiндiдегi және мембрана фазасындағы иондардың активтiлiгiнiң әртүрлi болу салдарынан, мембрананың екi беттiк қабатындағы Е1 және Е2 шектеулi потенциалдары туындайды. Егер iшкi және сыртқы ерiтiндiлерге салыстырмалы электрод салса, онда мембраналық потенциалға Ем=потенциалдардың DЕ айырымын өлшеуге болады:

 

Ем1 - Е2 = 0,059 lg (a1/a2)

 

Қышқылды-негiздi титрлеу. Қышқылды-негiздi потенциометрлiк титрлеудi жүргiзу үшiн, индикаторлы электрод қажет, бұл кезде электрод потенциалы, сутегi иондары концентрациясының өзгеруiне әсер етедi. Мұндай бiрнеше электродтар белгiлi: сутектi, сурьмалы, хингидронды, шынылы. Бiрақ практикада тек шынылы электрод қана жиi қолданылады, олардың әрқайсысын



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-01-25; просмотров: 1097; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 34.204.177.148 (0.127 с.)