Фізико-хімічні методи дослідження

• Кондуктометрія – сукупність фізико-хімічних методів дослідження різних систем, основаних на вимірюванні їх електричної провідності. Кондуктометричні методи використовують для вимірювання констант дисоціації фізіологічно важливих електролітів, ізоелектричних точок амінокислот, пептидів і білків.

Методи кондуктометрії:

• пряма кондуктометрія. Використовують якщо концентрація досліджуваної речовини в розчині має лінійну залежність з електричною провідністю розчину, а концентрації інших компонентів постійні.

• непрямі методи, що поєднані з іншими фізико-хімічними методами аналізу (вимірювання рН, в’язкості, густини), які дозволяють визначати концентрацію газів у реакційній суміші за умови зміни електричної провідності суміші.

• метод хронокондуктометричного титрування, використовується для визначення загального вмісту і стану електролітів у різних біологічних об’єктах, водах мінеральних джерел і продуктах харчування. Визначають константи швидкості реакцій, константи дисоціації та асоціації електролітів, основності кислот, коефіцієнт дифузії іонів, добуток розчинності важкорозчинних солей. Концентрацію електроліту в розчині визначають вимірюванням електричної провідності розчину в процесі титрування.

Розрізняють кондуктометрію: постійного струму, в якій використовують скляні посудини з вмонтованими в них платиновими електродами, зануреними у досліджуване середовище (контактні комірки). Досліджують тільки розбавлені розчини. змінного струму, досліджують розчини із зміною концентрацій у більш широких межах. У процесі хімічних реакцій можлива зміна електричної провідності розчину, так як іони з певною рухомістю видаляються із розчину, переходячи у малодисоційовану сполуку.. На їх місце у розчин вводяться іони з іншою рухомістю. Якщо в процесі реакції рухомі іони замінюються на менш рухомі. провідність розчину зменшується. В точці еквівалентності провідність розчину набуває мінімального значення, подальше додавання електроліту знову її підвищує. Тобто кількість електроліту, що відповідає мінімальному значенню електропровідності, еквівалентне кількості досліджуваної речовини у розчині. Це дає можливість розрахувати концентрацію досліджуваної речовини у розчині.

Лабораторна установка для кондуктометрії

• Потенціометрія ‑ сукупність фізико-хімічних методів дослідження, в основі яких лежить вимірювання електрорушійної сили ланцюгів, складених із індикаторного електрода та електрода порівняння.

• Рівняння електродного потенціалу Нернста (1888р.), що зв’язує рівноважний електродний потенціал з концентраціями реагуючих речовин.

,

де φ⁰ – стандартний електродний потенціал;

R – універсальна газова стала, дорівнює 8,31 Дж/(моль∙К);

Т – абсолютна температура;

F – стала Фарадея, дорівнює 9,65∙10⁴ Кл/моль;

Величина електродного потенціалу залежить від:

• температури;

• природи металу і природи розчинника;

• активності іонів у розчині (молярної концентрації);

За температури 25⁰С (298К) і відповідних значеннях R, F і коефіцієнту переходу від натуральних логарифмів до десяткових рівняння Нернста має вигляд:

Стандартний електродний потенціал визначається як ЕРС елемента, складеного з досліджуваного електрода і нормального водневого електрода за умови, що концентрації (активності компонентів) потенціал визначальної реакції, яка відбувається на визначальному електроді, дорівнюють одиниці.

У потенціометрії широко використовується вимірювання потенціалу досліджуваного електрода відносно порівняльного електрода. Потенціали виражаються в шкалах або вибраного електрода, або перераховуються на водневу шкалу, яка відповідає стандартному (нормальному) водневому електроду порівняння [(Pt) H₂ │ 2H⁺ (p = 1атм = 101,325 кПа), Н⁺ (а = 1)].

Чим метал є більш активним, тим більш від’ємний рівноважний потенціал він буде мати. Рівноважне значення електродного потенціалу визначається рівнянням Нернста.

Для аналітичних потенціометричних визначень в досліджуваний розчин потрібно занурити два електроди: робочий (індикаторний) електрод – за потенціалом якого визначають концентрацію іонів у розчині та електрод порівняння (стандартний) електрод – відносно якого вимірюють потенціал індикаторного електрода.