1.Метод Гітторфа

При експериментальному визначенні числа переносу даного типу іонів (іонного компонента) використовують рівняння:

t_i = (q_i/F)/( q_i/F) =

= кількість перенесених еквівалентів іонного компонен­та/кількість фарадеїв, які пройшли через систему. (7)

Число фарадеїв електрики, яка проходить при електролізі, визна­чають за допомогою кулонометра, який включають в коло послідовно з електролізером для визначення чисел переносу. Кількість фарадеїв електрики (n) розраховують по приросту маси мідного катода за рахунок осадження міді (m_Cu) під час електролізу:

n = m_Cu/31,8, (8)

де 31,8 - хімічний еквівалент міді.

Число перенесених еквіва­лентів іонами (іонним компонентом) визначають, як правило, аналітично за зміною складу розчину поблизу кожного з електродів.

Припустимо, що електролізер розділений пористими перегородками на три відсіки (рис.3), в кожному з них міститься електроліт КА = К⁺ + А^- з однаковою концентрацією. Під час електролізу катіони К⁺ відновлюються на катоді, а аніони А^- окислюються на аноді. При проходженні електричного струму склад катодного і анодного відсіків буде змінюватись. Перенос електрики в розчині здійснюється іонами К⁺ та А^-. Якщо через електролізер пройшло n фарадеїв електрики, то згідно законам Фарадея на кожному електроді прореагує n г-екв. відповідних іонів.

У анодному просторі:

окислиться на аноді аніонів А^- n г-екв.;

перейде з катодного простору аніонів А^- t_a n;

перейде в катодний простір катіонів К⁺ t_к n.

В анодному просторі зменшиться:

аніонів n - t_a n = n(1 - t_a) = t_к n;

катіонів t_к n.

Таким чином, вміст електроліту КА в анодному просторі (в аноліті) зменшиться на величину С_а, рівну t_к n. Тоді число переносу катіонів можна розрахувати:

t_к = С_а/n . (9)

У катодному просторі:

відновиться на катоді катіонів К⁺ n г-екв.;

перейде з анодного простору катіонів К⁺ t_к n;

перейде в анодний простір аніонів А^- t_а n.

В катодному просторі зменшиться:

аніонів t_а n

катіонів n - t_к n = n(1 - t_к) = t_а n;

Рис.3 Схема визначення Рис.4 Електролізер для визна-

чисел переносу за методом чення чисел переносу методом

Гітторфа Гітторфа

Таким чином, вміст електроліту КА в катодному просторі (в католіті) зменшиться на величину С_к=t_аn. Тоді число переносу аніонів можна розрахувати:

t_а = С_к/n . (10)

Таким чином, визначивши С_к або С_а (в грам-еквівал.) та кіль­кість еквівалентів електрики, яка пройшла через електролізер, розрахову­ють числа переносу іонів.

Для одержання точних результатів за методом Гітторфа необхідно, щоб на межі електрод-електроліт під час проходження електричного струму не протікали побічні процеси (розряд молекул розчинника, сумісний розряд іонів і таке інше). Час електролізу по можливості повинен бути коротким, щоб можна було не враховувати зміни концентрації в середньому просторі.

Завдання 1.1 Визначення чисел переносу іонів в розчинах 0,01...0,2 н сірчаної кислоти.

При проходженні електричного струму через розчин сірчаної кислоти на інертних електродах (наприклад, свинцевих) перебігають наступні реакції:

на катоді : 2Н⁺ + 2е = Н₂,

на аноді: Н₂О = 0,5 О₂ + 2Н⁺ + 2е.

Перенос електрики в розчині здійснюється іонами Н⁺ та SO₄^2-.