Самостійна позааудиторна робота

1.Суть методу потенціометрії, його переваги і недоліки. Відповідь обґрунтуйте та запишіть.

2.Класифікація потенціометричних методів аналізу. Відповідь обґрунтуйте та запишіть.

3.Поняття активності йонів і залежність активності йонів металів від концентрації розчинів.

4.На використанні яких параметрів засновані електрохімічні методи аналізу? Відповідь обґрунтуйте та запишіть.

5.Для яких цілей застосовують потенціометричний метод аналізу?

6.Поділ електрохімічних методів аналізу відповідно до рекомендацій ІЮПАК.

7.У якому інтервалі концентрацій досліджуваних речовин можна використовувати потенціометричний метод аналізу?

8.Внаслідок потенціометричного титрування 0,1н розчину ацетатної кислоти розчином натрію гідроксиду в точці нейтралізації кислоти на 99,9 %, зафіксовано Е_р2Н⁺/Н₂= -0,459 В. Чому дорівнює концентрація йонів гідрогену в цій точці та визначіть К_аацетатної кислоти. Індикаторний електрод - нормальний водневий.

9.При потенціометричному титруванні 0,1н розчину аргентуму нітрату 0,1н розчином натрію хлориду в точці еквівалентності Е_рAg⁺/Ag⁰= 0,511 В. Визначіть добуток розчинності аргентуму хлориду. Індикаторний електрод – срібний, порівняння – хлорсрібний.

Контрольні питання

1.Використання потенціометричного методу в кількісному аналізі. Відповідь обґрунтуйте та запишіть.

2.Теоретичні основи потенціометричного методу аналізу.

3.Класифікація електродів, їх використання.

4.Що таке електроди порівняння, допоміжні електроди? Їх призначення і вибір при потенціометричних методах аналізу. Відповідь обґрунтуйте та запишіть.

5.Використання потенціометричного методу в аналізі фармацевтичних препаратів.

6.Методика проведення потенціометричних визначень. Відповідь обґрунтуйте та запишіть.

7.Рівняння Нернста та його аналіз.

8.Що необхідно для приготування калібрувальних кривих в потенціометричному методі?

9.Практичне значення потенціометричного методу аналізу для медицина та фармації.

10.Внаслідок потенціометричного титрування 0,05н розчину солі Мора 0,05н розчином калію дихромату від титровано 99,9 % катіонів заліза. Чому дорівнює Е_р в точці початку різкої зміни потенціалу? Індикаторний електрод – платиновий, порівняння – нормальний водневий.

Самостійна аудиторна робота

1.Ознайомитись з потенціометричним методом за допомогою дослідів, описаних в даних методичних вказівках.

2.Кількісне визначення речовин за допомогою потенціометричного методу.

3.Виконати лабораторні роботи, вказані в цих методичних матеріалах.

4.Оформити та захистити протокол.

5.Відповідати на запитання, запропоновані викладачем, з використанням записів на дошці.

6.Розв'язувати розрахункові задач, запропоновані викладачем.

Теоретична частина

Система, в якій є метал, занурений в розчин, називається електродом.

Скачок потенціалу на границі між металом і розчином називається електродним потенціалом. Величина електродного потенціалу залежить від природи металу, температури і активної концентрації йонів певного виду. Ця залежність описуєтьсярівнянням Нернста, яке лежить в основі потенціометричного методу аналізу:

де Е – електродний потенціал в мВ;

Е_о– стандартна ЕРС електрохімічного ланцюга;

К – коефіцієнт, що залежить від температури; при 25^оС він дорівнює 0,059, при 18^оС - 0,058;

Z– заряд досліджуваного йону;

а – активність досліджуваного йону.

Для вимірювання потенціалу досліджуваний електрод з'єднують за допомогою соляного мостика (електролітичного ключа) з іншим електродом, потенціал якого відомий (електрод порівняння) і вимірюють різницю потенціалів, тобто електрорушійну силу (ЕРС) одержаного гальванічного ланцюга. Електрорушійна сила (Е)дорівнює різниці потенціалів електроду порівняння (Е_пор.)та індикаторного Е_(ІЕ):

ЕРС = Е = Е_пор.– Е_ІЕ+ Е_д,

де Е_д– дифузійний потенціал, що виникає на межі розділу двох рідинних фаз електрохімічного ланцюга.

Активністюйонів називається активна концентрація, яка дорівнює аналітичній концентрації, коли концентрація всіх присутніх в розчині йонів дуже мала – менше 0,1 г/моль. При більш високих концентраціях активність частіше всього менша концентрації. Відношення активності до концентрації називаєтьсякоефіцієнтом активності:

Максимальне значення коефіцієнту активності, що дорівнює 1, спостерігається в дуже розбавлених розчинах, де йони знаходяться на значній віддалі один від одного і тому взаємодія між ними відсутня. Із збільшенням концентрації йонів взаємодія між ними посилюється і коефіцієнт активності зменшується. Прямолінійної залежності між концентрацією і коефіцієнтом активності немає. Така залежність спостерігається між коефіцієнтом активності і йонною силою розчину, яка рівна півсумі добутку концентрацій С кожного йону на квадрат його валентності Z.

Якщо виразити Е_ІЕчерез рівняння Нернста і врахувати співвідношення а =f•c, то одержимо вираз, який лежить в основі всіх потенціометричних методів аналізу:

Таким чином, потенціометричні методи дозволяють визначити як активність йонів, так і їх концентрацію.

Для визначення концентрації йонів як допоміжний використовують хлорсрібний електрод. Це дротинка металічного срібла, покрита тонким шаром срібла і занурена в розчин, насичений хлоридами аргентуму і калію. Цей електрод має вигляд скляної трубочки, в яку впаяний платиновий провід, який потім покривають електролітично густим шаром металічного срібла, а на сріблі осаджують малорозчинний аргентуму хлорид.

Як індикаторні електроди застосовують мембранні електроди, які служать для визначення активності і концентрації відповідних йонів: калію, натрію, кальцію, магнію, хлорид-, бромід-, нітрат-йони та ін. Зовнішній вигляд у них подібний: пластмасовий корпус електроду складається з трубки, нижній кінець якої затягнутий йонітовою мембраною і головки, з вмонтованим в неї хлорсрібним напівелементом.

Трубчата частина електроду, що має мембрану, з'єднується з головкою за допомогою різьби. В середині трубки в контакті з мембраною знаходиться розчин, який містить визначуваний цим електродом йон 0,1н концентрації.

У розчин занурена робоча частина хлорсрібного елементу і такий електрод не можна зберігати в горизонтальному стані – він повинен бути занурений в розчин своєї солі, такої ж концентрації, як і всередині електроду.

При визначенні йонів калію електрод порівняння, який містить насичений розчин KCl повинен бути замінений на електрод з літію ацетатом, або з'єднуватись з електродом порівняння за допомогою електролітичного ключа, заповненого агар-агаром, приготовленим на насиченому розчині літію ацетату.

Суть вимірювання концентрації йонів полягає у наявності специфічних, так званих йон-селективних мембран, які адсорбують тільки певні йони, в різниці концентрацій на внутрішній і зовнішній частині мембран. Виникає потенціал, який і вимірюєм за допомогою йономірів.

Знаючи покази, які дають стандартні розчини, можна побудувати калібрувальні криві, і за ними визначити концентрації йонів досліджуваних розчинів в різних природніх водах, стоках, бурових розчинах та в інших об'єктах.