Кулонометричний аналіз

План

1. Суть методу.
2. Умови застосування методу.
3. Експрес-аналізатор.
4. Застосування кулонометрії.

Суть методу

Кулонометричний метод ґрунтується на вимірюванні кількості електрики використаної в ході електрохімічної реакції з речовиною, що визначається.

При проведенні електрохімічної реакції  за кількістю електрики, витраченої на цю реакцію, і числу електронів, що приймають в ній участь, можна визначити кількість вихідної речовини у відповідності з законом Фарадея за формулою:

де q – кількість речовини, Q – кількість електрики (Q = It), A – атомна або молярна маса речовини, F – стала Фарадея. На цьому ґрунтується прямий кулонометричний метод, в якому розрахунок проводять за тривалістю електролізу. В цьому випадку не потрібно будувати градуйований графік і використовувати стандартні розчини, що є великою перевагою цього методу у порівнянні з іншими фізико-хімічними методами. Метод легко піддається автоматизації.

Непрямий кулонометричний метод (кулонометричне титрування) ґрунтується на отриманні реагуючих з речовиною, що визначається, йонів в самому титруємому розчині. Непрямий метод цінний тим, що дозволяє використовувати в якості титрантів нестійкі на повітрі розчини.
Прямий кулонометричний аналіз звичайно здійснюють при постійному потенціалі робочого електроду, а непрямий – при постійній силі струму, що проходить через електролітичну комірку.

Схема установки для кулонометричного аналізу при постійному потенціалі:

1- акумулятор; 2 – цілитель напруги;
3 – вольтметр; 4 – кулонометрична комірка;
5 – кулонометр; 6 - міліамперметр

Струм від акумуляторної батареї 1 за допомогою ділителя напруги 2 при певному потенціалі, контрольованому вольтметром 3, подається на кулонометричну комірку 4. Кількість електрики, що пройшла через кулонометричну комірку, визначається кулонометром 5. Закінчення реакції в комірці визначається за спадом сили струму за допомогою міліамперметра 6.

Принципова схема установки для кулонометричного титрування:

Струм від постійного джерела 1 через потенціометр 2 поступає в комірку 4. Електроліз в цій комірці відбувається при постійній силі струму, що визначається гальванометром 3. Для стабілізації постійної сили струму. Що проходить через електролітичну комірку, використовують апмеростати. Доки при даних потенціалі і силі струму виділяється один з йонів, що визначається в розчині, потенціал і сила струму залишаються незмінними.

Коли концентрація йону, що виділяється, зменшиться , то при даному потенціалі сила струму спаде. При цьому прийде в дію система регуляції, яка пересуває движок потенціометра до тих пір, доки сила струму не досягне попередньо заданого значення (ділянка бв). Точка в відповідає закінченню виділення першого металу, і час τ характеризує його кількість. Ділянка вг відповідає виділенню при майже постійному потенціалі другого металу, що міститься в досліджуваному розчині, яке закінчується в точці д, після чого йде електроліз фону. Час  характеризує вміст в розчині другого металу.

Умови застосування методу

Використання кулонометричного методу потребує виконання певних умов:
1) в досліджуваному розчині одночасно повинна протікати лише одна електрохімічна реакція;
2) для використовуваної реакції вихід за струмом повинен бути близьким до 100%;
3) повинна бути підібрана достатньо точна і зручна індикація закінчення титрування. Для визначення точки еквівалентності можна використовувати ті ж способи, що й в звичайному титруванні (індикатори) і інструментальні методи: фотометричні, потенціометричні, амперметричні.

Експрес-аналізатор

Цей спосіб дозволяє автоматизувати процес кулонометричного тирування. При фотометричному способі визначення кінцевої точки періодично переривають процес генерування титранта, відбирають частину електроліту і фотометрують, потім переносять відібрану порцію електроліту знову в комірку і продовжують титрування.

Провівши таку операцію декілька разів, за отриманими даними будують графік залежності оптичної густини від часу електролізу (кількості отриманого титранта) і знаходять кінцеву точку звичайним шляхом.

Застосування кулонометрії

Кулонометрія використовується для розв’язання різних задач аналітичної хімії. Цим методом можна визначити еквівалентні маси, вивчати механізм реакції окиснення, комплексоутворення, досліджувати кінетичні і каталітичні процеси.

Кулонометричний метод зручний для автоматизованих методів контролю, оскільки регулювати силу струму простіше, ніж регулювати надходження в реакційний сосуд титруючого розчину.