Кулонометрия, жалпы сипаттамасы. Кулонометрлік титрлеу. Талдауда Фарадей заңының қолданылуы. Электргравиметрия.
Дәріскер - Исмаилова А.Г.
Кулонометрия, жалпы сипаттамасы.
Кулонометрия, жалпы сипаттамасы.
Кулонометрия электр мөлшерін есептеуге негізделген. Әдісте жұмысшы электрод бетінде қосылыстың электрхимиялық тотығу немесе тотықсыздану нәтижесінде электролиттік ұяшықтан өткен электр мөлшері өлшенеді.
Кулонометрия сезгіштігі жоғары, эталонсыз, талдаудың нақты әдісі болып табылады. Кулонометрия - Фарадей заңы бойынша электрхимиялық реакция процесінде электродта бөлінген зат мөлшерін өлшеуге негізделген талдау әдістерін біріктіреді. Кулонометрияда жұмысшы электродтың потенциалы тепе-теңдік мәннен өзгеше болады.
Әдістің негізін қалаушы Максвелл Фарадей, ол (1834 ж) заттың және энергияның массалар сақталу заңын пайдаланып, электролиздің екі заңын тұжырымдады:
- электродта электролизге ұшыраған қосылыстың массасы – ерітіндіден өткен электр мөлшеріне тура пропорционал; m = Q
- бірдей мөлшерде электр тогы өткен кезде электродтың бетінде немесе электрод бетінен бөлінген әртүрлі қосылыстардың массасы – олардың электрхимиялық эквивалентіне пропорционал.
бұл жердегі, m – электролизге ұшыраған зат массасы; M – анықтайтын заттың молярлы массасы; n – электрон саны; Фарадей тұрақтысы; Q – электродта эквивалентті молярлы массасы (М/n) бар m грамм зат бөліну үшін жұмсалатын электр мөлшері, (Q = It );
Электр мөлшерінің өлшем бірлігі болып кулон (Кл) және Фарадей (Ф) алынады.
Кулон – 1 с ішінде 1 А ток өткен кездегі электр мөлшері, 1 Кл=1 Ас;
Фарадей – 1 моль эквивалентті заттың электрхимиялық өзгеріске ұшырауына сәйкес келетін электр мөлшері. Фарадей 6,021023 электрон санына тең немесе ол 96487 Кл ~ 96500.
Электрхимиялық эквивалент – 1 Кл электр тогы өткен кезде электрод бетінде немесе электрод бетінен бөлінген заттың массасы.
Фарадей заңының негізі электролиз процесі арқылы кез келген қосылыстың 1 моль эквиваленті бөліну үшін бір ғана электр мөлшері қажет, ол Фарадей саны F деп аталады және мына теңдікпен өрнектеледі:
Фарадей заңының негізі электролиз процесі арқылы кез келген қосылыстың 1 моль эквиваленті бөліну үшін бір ғана электр мөлшері қажет, ол Фарадей саны F деп аталады және мына теңдікпен өрнектеледі:
мұндағы 𝜂 – ток эффективтілігі (%) немесе ток бойынша шығым.
Кулонометрлік анықтау кезінде:
- бөгде химиялық және электрхимиялық процестер болмау тиіс, ток бойынша шығым 100% болу керек;
- электр мөлшерін анықтайтын немесе реакцияның аяқталғанын тіркейтін тәсіл болу керек.
Өлшенген электр мөлшері бойынша есептелген массаның сенімді нәтижелерін алу үшін электрхимиялық реакция теңдеуі стехиометриялы болу керек, сондай-ақ электрод бетінде қажетті реакция ғана жүру керек. Берілген теңдеуді қолдана отырып M, t, n және т.б. параметрлерді есептеуге болады.
Электролиз процесінде E = const кезінде ток күші уақыт бойынша өзгерісі келесі теңдеумен өрнектеледі:
Электролиз процесінде E = const кезінде ток күші уақыт бойынша өзгерісі келесі теңдеумен өрнектеледі:
It – t уақыт ішіндегі ток күші; I0 – электролиздің бастапқы кезіндегі ток күші; k – электродтың ауданына (S), заттың диффузиялық коэффициентіне D, ерітіндіні көлеміне V және диффузионды қабаттың қалыңдығына тәуелді константа.
Электрод бетінде анықтайтын заттың тотығуы немесе тотықсыздануы ұзақ уақытты қажет етеді. Сондай-ақ электрод бетіне анықтайтын затты толық бөлу мүмкін емес. Сол себепті электролиз процесін әдеттегідей I=0 дейін жүргізбейді, яғни талдауға қажетті токты ғана жібереді.
Егер қателік 1 % болса, онда электролиз It ~ 0,01I0 кезінде аяқталады. Ал егер қателікті 0,1 % жеткізу қажет болса It ~ 0,001I0 болуын қадағалау қажет.
Электрхимиялық реакцияның аяқталу уақытын азайту үшін электродтың беттік ауданы үлкен, ерітіндінің мөлшері аз және қарқынды араластырылу керек. Кей жағдайда диффузия коэффициентін арттыру үшін температураны көтеру қажет болады. Егер де электролиз процесі үшін жағдайлар дұрыс таңдалса, талдау 30 минут ішінде аяқталады.
