Лабораторна робота № 17 Визначення заліза ванадатом амонію

Мета: Визначити концентрацію заліза амперметричним титруванням

Обладнання та посуд:.

1. Амперметрична установка.

2. 0,5 М Н₂SO₄;

3. Стакан хімічний на 50 мл;

4. 5. Мірний циліндр, 50 мл;

5.Промивалка

6. Платиновий обертовий електрод.

7. Каломелевий електрод.

8. Мікро бюретка 2-5 мл.

9. Розчин NH₄VO₃ 0,01M

10. Аналізований розчин солі Мора.

Принцип методу. При титруванні заліза (II) розчином ванадату амонію NH₄VO₃ в розчині відбувається окисно-відновний процес (хімічна реакція):

В електродній реакції бере участь визначувана речовина, що здатна окислюватись на платиновому мікро аноді при накладенні зовнішньої напруги 1 В (нас. К.Е.)

(електродний процес).

При зануренні електродів у досліджуваний розчин за рахунок окиснення йонів заліза у ланцюзі фіксується високий дифузійний струм, величина якого пропорційна концентрації заліза (II). При титруванні кількість заліза (II) зменшується, знижується відповідно величина дифузійного струму. За точкою еквівалентності значення струму стає мінімальним і залишається постійним.

Рис. 11 Крива амперметричного титрування заліза (II) ванадатом амонію

Хід аналізу. До отриманої задачі з невідомим вмістом заліза (II) додають 30 мл . 0,5 М Н₂SO₄ На електроди накладають напругу 1,0 В і опускають їх у розчин. Включають перемішування і титрують залізо ванадатом амонію по 0,1 мл, записуючи через кожні 15 сек показання гальванометра. Титрування виконують до постійного значення сили струму. Точку еквівалентності визначають графічно. Визначивши об’єм NH₄VO₃ за графіком, розраховують масу заліза в грамах:

Контрольні питання.

1.Суть метода амперметричного титрування. Електроди. Принципова схема амперометричної установки.

2.Вибір напруги, яка накладається на електроди при амперметричному титруванні. Види кривих амперметричного титрування.

3. Послідовне (диференціальне) титрування, умови проведення. Амперметричні індикатори.

4. Вибір поляризованих електродів в полярографії та амперметрії.

Фотометричний метод аналізу

Електромагнітне випромінювання являє собою вид енергії, що поширюється з величезною швидкістю. Найбільш розпізнаваною її формою є світло. Менш відомими являються рентгенівське, ультрафіолетове і радіовипромінювання. На електромагнітне випромінювання реагують усі хімічні сполуки, при цьому спостерігається зменшення інтенсивності потоку випромінювання, що пов'язане з витратою енергії на збудження електронів чи атомів у молекулах.

Явище, яке базується на вимірюванні зменшення (чи ослаблення) інтенсивності електромагнітного випромінювання, при проходженні його через речовину яка аналізується, використане в абсорбційній спектроскопії, одному з найважливіших методів аналітичної хімії.

Абсорбційна спектроскопія в близькому ультрафіолеті (200-400 нм.), видимій (400-760 нм.) близькій інфрачервоної області (760-1100 нм.) є основою спектрофотометричного і фотометричного методів аналізу, які використовуються для кількісного визначення. Методи мають велике значення для вивчення кінетики реакції, властивостей і будови сполук, визначення констант стійкості комплексних сполук речовин.

Фотометричний метод кількісного аналізу заснований на переведенні компонента, що визначається, в сполуку, яка поглинає видиме світло (400-760нм.) і вимірюванні світлопоглинання приготованого розчину. Цей метод характеризується високою чутливістю і достатньою вибірковістю. Час, що витрачається на аналіз, чутливість методу, його точність і вибірковість залежать від вибору хімічної реакції та утворення забарвленої сполуки. Вимірювання світлопоглинання можливе як візуальним порівнянням (колориметрія) так і інструментальними методами (фотометрія, спектрофотометрія).

Внаслідок поглинання випромінювання при проходженні його через шар речовини, інтенсивність випромінювання зменшується тим більше, чим вища концентрація світлопоглинаючої речовини і більша товщина шару.

Між кількістю поглинутої світлової енергії, товщиною шару поглинаючої речовини і його кількістю існує залежність, що виражається основним законом світлопоглинання - законом Бугера-Ламберта-Бера:

чи

I_t – інтенсивність ослабленого поглинанням світлового потоку, що пройшов крізь розчин, який аналізують;

І_о - інтенсивність падаючого світлового потоку;

ε - молярний коефіцієнт поглинання;

l - товщина світлопоглинаючого шару (см);

с - концентрація розчину (моль/л);

А - оптична густина розчину.

Фізичний зміст є стає зрозумілим, якщо прийняти l=1 см, с=1 моль/л, тоді А=Ε. Отже, молярний коефіцієнт поглинання дорівнює оптичній густині одномолярного розчину при товщині шару 1 см. Відповідно до цього закону -оптична густина прямо пропорційна кількості речовини і товщині поглинаючого шару. Зменшення інтенсивності світла, яке пройшло через розчин, характеризується також коефіцієнтом пропускання (чи просто пропусканням) Т=I_t/I₀. Оптична густина А і пропускання Т пов'язані між собою співвідношенням: Якщо в розчині декілька світлопоглинаючих компонентів, що не вступають один з одним у хімічну реакцію, то за умови дотримання закону Бугера-Ламберта-Бера, оптична густина такого розчину буде дорівнювати сумі парційних оптичних густин усіх світлопоглинаючих компонентів, які знаходяться у розчині. В цьому проявляється принцип (або правило) аддитивності оптичних густин.

На використанні принципу аддитивності засновані всі кількісні методи спектрофотометричного аналізу багатокомпонентних систем.

Методи кількісного аналізу засновані на застосуванні закону Бугера-Ламберта-Бера. Основними параметрами фотометричного визначення є довжина хвилі, оптична густина, товщина кювети і концентрація забарвленого розчину. Істотно впливають на світлопоглинання різні хімічні фактори, зв'язані з повнотою й умовами протікання фотометричної реакції, концентрацією забарвлених сполук, їх стійкістю, температурою, рН розчину, природою розчинника й інших факторів.

Прилади для вимірювання пропускання і поглинання розчинів складаються з п'яти основних вузлів (рис. 12):

1. Стабільного джерела випромінювання енергії (детектор), у спектрофотометрі їх два;

2. Пристрою, що дозволяє виділити певну область довжин хвиль (диспергатор);

3. Прозорих кювет для проби і розчинника (у спектрофотометрії застосовуються кварцові кювети);

4. Детектора або перетворювача, що перетворює променеву енергію в електричну;

1. Індикатора сигналу - реєстратора із градуйованою шкалою.

Рис.12 Основні вузли приборів в абсорбційній спектроскопії

Шкала індикатора безпосередньо показує пропускання у відсотках при попереднім настроюванні індикатора на нуль з закритою шторкою. Прилад настроюють на значення Т=100%, розмістивши на шляху світлового потоку холостий розчин (розчин порівняння). Якщо на шляху світлового потоку помістити кювету з випробуваним розчином, індикатор вкаже його світлопропускання (Т) у відсотках. Індикатор має також логарифмічну шкалу, з допомогою якої визначають безпосередньо оптичну густину, значення якої і записують.

Найбільш розповсюдженим джерелом випромінювання у фотометрах для одержання видимого світла є лампа з вольфрамовою ниткою. Джерела такого роду при нагріванні до білого розжарювання випускають безперервний спектр випромінювання, який залежить від робочої напруги і температури поверхні.

Після джерела випромінювання на шляху променів, що здобувають рівнобіжний напрямок завдяки конденсорним лінзам, знаходяться світлофільтри чи призми-диспергатори (у спектрофотометрії), що дозволяють з загального потоку виділити і направити на кювети більш вузький інтервал довжин хвиль, які максимально поглинаються забарвленим розчином. Оскільки електромагнітна енергія передається атомам чи молекулам речовини шляхом переводу атомів з нормального стану в збуджений, то поглинання їх відноситься до чітко вибіркового процесу. Розчином, у залежності від природи речовини, поглинається лише певна область довжин хвиль. Залежність А від довжини хвилі називається спектром поглинання забарвленої сполуки (рис. 10 кр. 1).

Для перетворення енергії випромінювання, І_о і її в електричну, з метою подальшої реєстрації їхнього співвідношення, тобто виміру А і Т, використовують фотоелементи різних типів:

Фотоелементи з замикаючим шаром, або вентильні, складаються з плоского залізного або мідного електрода, на який нанесений шар напівпровідникового матеріалу, наприклад селену чи оксиду міді (I). Поверхня напівпровідника покрита прозорою плівкою з золота, срібла чи свинцю, що служить другим, або уловлюючим електродом. При освітленні деякі електрони в шарові напівпровідника здобувають енергію і проникають у металеву плівку, з'єднану з зовнішнім ланцюгом. При цьому виникає електричний струм. Сила струму пропорційна інтенсивності випромінювання, що падає на фотоелемент. Перевагами фотоелементів із замикаючим шаром є висока чутливість, широкий спектральний інтервал і простота конструкції.

При зовнішньому фотоефекті поглинання світла приводить до відриву електронів з поверхні, що опромінюється, (як правило киснево-цезієвий або сурм'яно-цезієвий катод), які, потрапляючи на анод, замикають ланцюг і гальванометр показує величину виникаючого струму. Чутливість цих фотоелементів не висока.

Для одержання добре відтворюваних і надійних результатів, при виборі ефективної довжини хвилі, необхідно враховувати не тільки спектральні характеристики розчину і світлофільтрів, але і характеристики спектральної чутливості фотоелемента (рис. 13,14 ).

Рис.13 Спектральні характеристики Рис. 14 Графічне зображення правила

селенового (1) і киснево-цезієвого (2) вибору світлофільтра і фотоелемента фотоелемента .