7.1.4 Классификация проводников по типу проводимости.

По способности проводить электрический ток все вещества делятся на три группы: проводники; полупроводники и изоляторы. Проводники – это вещества, хорошо проводящие электрический ток. По природе проводимости они делятся на проводники I-го рода или металлы и проводники II-го рода или ионные.

Металлы обладают электронным типом проводимости, так как ток в них обусловлен направленным движением электронов под действием внешнего поля. Наиболее высокая проводимость при комнатной температуре у меди и серебра. Ионные проводники характеризуются ионным типом проводимости и представляют собой твердые или жидкие электролиты. При протекании тока через такой проводник происходит встречное движение ионов (катионов и анионов) к полюсам внешнего источника. Таким видом проводимости обладают водные растворы солей с ионным типом связи (NaCl), щелочи и разбавленные сильные кислоты; некоторые неводные электролиты. В зависимости от температуры ионная проводимость может существенно изменяться.

Полупроводникам также свойственен ионный тип проводимости, но ее величина существенно меняется в зависимости от направления внешнего поля: если в прямом направлении такое вещество является хорошим проводником, то при смене полярности проявляет свойства изолятора и практически не способно пропускать электрический сигнал. Свойства полупроводников проявляют не только индивидуальные вещества, такие как германий, селен; но и специально сформированные сложные композиции.

Изоляторы обладают столь малой проводимостью, что ею можно пренебречь и считать, что ток через такой материал не проходит. Изоляторами являются многие газы, неметаллы, вода высокой очистки (деионизированный бидистиллят).

7.2 Потенциометрический анализ (ионометрия)

 

В основе потенциометрических измерений лежит зависимость равновесного потенциала электрода от активности (концентрации) определяемого иона. Для этого необходимо составить гальванический элемент из индикаторного электрода и электрода сравнения, а также иметь прибор для определения потенциала индикаторного электрода в условиях, близких к термодинамическим, т. е. без отвода заметного тока от гальванического элемента при замыкании цепи. Различают прямую и косвенную потенциометрию, или потенциометрическое титрование.

 

Прямая потенциометрия основана на непосредственном применении уравнения Нернста при определении активности или концентрации ионов по экспериментально измеренному потенциалу электрода (ЭДС электрохимической ячейки). Значение ЭДС регистрируют электронным вольтметром с высоким выходным сопротивлением – иономер или рН-метр. Концентрацию анализируемых ионов находят таким же способом, как и в любом количественном анализе:

        методом градуировки электрода по растворам с точно известной концентрацией определяемых ионов (буферные растворы);

        методом градуировочного графика Е = f(pC), где pC = -logC. График строят при постоянной ионной силе раствора в присутствии индифферентных электролитов;

        методом добавок (анализ сложных по составу или сильно разбавленных растворов).

При прямых количественных измерениях всегда необходима предварительная калибровка электродов, т.е. установление зависимости потенциала электрода ИСЭ от концентрации потенциалопределяющего иона. При длительной эксплуатации электродов необходимо проводить их повторную калибровку. В процессе калибровки по экспериментальным данным строят градуировочный график, называемый электродной функцией (рис. 7.12).

 

 

Рисунок 7.12 Вид электродной функции для калий-селективного

электрода.

 

По графику электродной функции ИСЭ определяют следующие характеристики.

♦               Аналитическую область, которую называют Нернстовской – интервал значений, где зависимость потенциала электрода от концентрации потенциалопределяющего иона прямолинейна.

♦               Крутизну электродной функции – угловой коэффициент наклона графика электродной функции.

♦               Предел обнаружения потенциалопределяющего иона .

Предел обнаружения  можно найти несколькими способами, например путем экстраполяции прямолинейного участка графика, построенного в координатах Е – р . Точка пересечения прямой с осью абсцисс и дает искомое значение . Метод прямой потенциометрии используют для быстрого определения концентрации кислот и оснований, солей аммония, сульфидов и других катионов и анионов.

 

Потенциометрическое титрование относится к косвенным методам анализа и основано на установлении точки эквивалентности по резкому изменению потенциала индикаторного электрода при титровании путем построения графических зависимостей. Потенциометрическое титрование широко применяют для работы с сильноразбавленными растворами, при анализе окрашенных и мутных сред, титровании смеси катионов (комплексонометрия), обладающих сходными свойствами. Этот метод весьма эффективен в случае кислотно-основного титрования (протолитометрии) и комплексонометрического определения металлов с применением ЭДТА. Область применения метода расширяется благодаря разработке новых ионоселективных электродов.