2. Метод рухомої межі

Суть цього методу полягає у визначенні відстані (L), на яку за певний час () переміститься під дією прикладеного зовнішнього струму (І) межа між двома розчинами з одним спільним іоном.

Електролізер для визначення чисел переносу за цим методом являє собою вертикально розташовану прокалібровану по об`єму (0.05 мл) вузьку скляну трубку пере­рі­зом (S) (рис.6). Електролізер, наведений на вказаному рисунку використовується для визначення числа переносу іонів К⁺ в розчині КСІ, індикаторним розчином є BaCI₂.

Рис.6 Схема електролізера для визначення числа переносу

методом рухомої межі

Використовуючи рівняння (7) число переносу іонів (іонного компо­ненту) за методом рухомої межі розраховують:

t_к = (С V F)/(I ), (13)

де С - концентрація досліджуваного електроліту, г-екв./л;

V - об`єм, який розраховують за формулою V = LS. Якщо S = 1 см², то V = L cм³ (мл);

(I )/F - кількість фарадеїв електрики, яка пройшла через елек­т­ро­лізер. Їх можна розрахувати за рівнянням (8), використовуючи мідний кулонометр.

Щоб одержати чітку межу в попередніх дослідах добирають оптимальні концентрації суміжних розчинів, які забезпечують додержання регулюючого співвідношення Кольрауша:

t_к1/t_к2 = С_к1/С_к2, (14)

де t_к1,t_к2 - числа переносу катіонів основного та індикаторного елект­­ролітів;

С_к1,С_к2 - концентрації катіонів основного та індикаторного елект­ролітів.

Наприклад, при визначенні числа переносу іонів К⁺ в розчині солі КСI в якості індикаторного електроліту використовують розчин солі ВаСI₂. Спільний іон - СI^-, к1 - це іон К⁺, а к2 - це іон Ba²⁺ (рис.6).

Межу між двома розчинами видно особливо чітко, коли один із них забарвлений. Коли обидва розчини безбарвні, але відрізняються густи­ною, межу між ними буде видно завдяки відмінності в показниках заломлення.

Завдання 2.1. Визначення чисел переносу іонів Н⁺ в 0,025.­..­0,075 н розчинах НСІ та Н₂SO₄.

Варіанти завдання можуть бути різними: визначають число переносу іонів Н⁺ в залежності від концентрації однієї і тієї ж кислоти або від природи кислоти при одній і тій же концентрації.

Якщо при визначенні числа переносу методом рухомої межі в роз­чи­ні кислоти в якості анода використовувати метал, який анодно розчи­няєть­ся в ній зі 100% виходом за струмом, то індикаторний електроліт можна отримати електролізом безпосередньо в досліді.

Прилади і засоби виміру, що використовуються при виконанні завдання

1. Джерело постійного струму.

2. Електролізер для визначення числа переносу методом рухомої межі.

3. Срібний титраційний кулонометр Кистяківського або мідний кулонометр розміром 6х2х4 (см).

4. Міліамперметр.

Хід виконання роботи

Електролізер для визначення числа переносу іонів Н⁺ аналогічний описаному вище і зображеному на рис.6. Анодом служить кадмій, а катодом - платина.

В залежності від завдання готують 50...100 мл розчину досліджуваної кислоти необхідної концентрації та перевіряють її концентрацію титруванням 0,05 н розчином NaOH. В досліджуваний розчин добавляють 2...3 каплі метилоранжу для забарвлення розчину в рожевий колір. Розчин заливають в електролізер, вставляють платину.

Якщо використовують мідний кулонометр, то готують його катод, як описано в завданні 1.1. Після підготовки мідний катод необхідно зважити з точністю до 0,0001 г. Катод не занурюють в електроліт, а кладуть зверху на анод.

Збирають електричну схему, яка складається з джерела постійного струму, кулонометра, електролізера для визначення чисел переносу та амперметра. Після перевірки електричної схеми викладачем вмикають електричний струм (7...10 мА). Через декілька хвилин після вмикання струму над анодом розчин буде забарвлюватися в жовтий колір, з`явить­ся чітка межа між розчинами з жовтим та рожевим кольором. Під дією електричного поля межа поділу переміщуватиметься в напрямку катода. В момент проходження межею поділу довільно вибраної студентом “нульової” позначки її положення на електролізері вмикають секундомір і занурюють катод в розчин мідного кулонометра (одночасно!). Протягом досліду підтримують постійну силу струму. Електроліз ведуть до тих пір, поки межа поділу пройде шлях, тотожній 0,5....2 мл. Після електролізу катод кулонометра промивають, висушують, зважують та розраховують кількість фарадеїв електрики, що пройшли через елект­ричне коло.

Числа переносу іонів обчислюють за рівняннями:

t_H+ = (V C 10^-3)/n ;

t_H+ = (V C 10^-3 F)/(I ) ;

де V - об`єм в мл, який пройшла межа поділу за час , с;

C - концентрація досліджуваної кислоти, г-екв/л;

I - сила струму, А;

n - кількість фарадеїв електрики, що пройшла;

F - число Фарадея, 96500 Ас.

Одержані числа переносу порівнюють з табличними довідників.

Результати експериментів заносять до таблиці 2.1.

Таблиця 2.1

розчин	С	І		V	n	I	tH+ експ.	tH+ табл.	% по хибки