Кондуктометрический метод анализа

Государственное бюджетное  образовательное учреждение

Высшего профессионального  образования

Курский государственный  медицинский университет

Министерства здравоохранения  и

социального развития Российской Федерации

(ГБОУ ВПО КГМУ МИНЗДРАВСОЦРАЗВИТИЯ  РОССИИ)

Кафедра Фармацевтической, токсикологической и аналитической химии

Реферат на тему:

«Кондуктометрический метод анализа»

 

 

 

 

 

 

                                                 Выполнил:                                    

                                                      Поплавская Елена Викторовна

                           7группа,2 курс, фармацевтический факультет

            Проверил: Рымарова Марина Викторовна -

кандидат фармацевтических наук, доцент

 

 

 

 

 

 

Содержание:

Введение

1. Теоретические основы кондуктометрического метода анализа

2. Электрическое сопротивление

3. Кондуктометрическое титрование

4. Методы кондуктометрии

Заключение

Список использованной литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение:

 

Кондуктометрия (от англ.conductivity — электропроводность и метрия) — совокупность электрохимических методов анализа, основанных на измерении электропроводности растворов.

 

Кондуктометрия применяется  для определения концентрации растворов  солей, кислот, оснований, для контроля состава некоторых промышленных растворов.

 

Достоинства кондуктометрия: высокая чувствительность (ниж. граница  определяемых концентраций ~10-4-10-5 М), достаточно высокая точность (относит, погрешность  определения 0,1-2%), простота методик, доступность  аппаратуры, возможность исследования окрашенных и мутных растворов, а также автоматизации анализа.

 

Кондуктометрический анализ основан на изменении концентрации вещества или химического состава  среды в межэлектродном пространстве; он не связан с потенциалом электрода, который обычно близок к равновесному значению. Кондуктометрия включает прямые методы анализа (используемые, например, в солемерах) и косвенные (например, в газовом анализе) с применением постоянного или переменного тока (низкой и высокой частоты), а также хронокондуктометрию, низкочастотное и высокочастотное титрование.

 

Объект контрольной  работы – электрохимические методы исследования.

 

Предметом работы является кондуктометрия.

 

Цель работы – раскрыть сущность кондуктометрии.

 

Для выполнения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

 

 

раскрыть понятие кондуктометрии;

 

 

охарактеризовать методы кондуктометрии;

 

 

рассмотреть кондуктометрическое  титрование.

 

 

 

 

1. Теоретические основы кондуктометрического метода анализа

 

 

Кондуктометрические методы анализа основаны на измерении электропроводности исследуемых растворов. Существует несколько методов кондуктометрического анализа:

 

· прямая кондуктометрия – метод, позволяющий непосредственно  определять концентрацию электролита  путем измерения электропроводности раствора с известным качественным составом;

 

· кондуктометрическое  титрование – метод анализа, основанный на определении содержания вещества по излому кривой титрования. Кривую строят по измерениям удельной электропроводности анализируемого раствора, меняющейся в результате химических реакций в процессе титрования;

 

· хронокондуктометрическое титрование – основано на определении  содержания вещества по затраченному на титрование времени, автоматически  фиксируемого на диаграммной ленте  регистратора кривой титрования.

 

Кондуктометрия

 

Кондуктометрия относится  к наиболее распространенным методам  исследования растворов и жидких систем вообще.

 

· проводящими принято  условно с χ ~10-7 Ом-1·см-1 и выше;

 

· умеренно проводящими  с χ: 10-7 – 10-11 Ом-1 ·м-1;

 

· непроводящими – χ ниже 10-11 Ом-1 ·м-1.

 

Данная классификация  условна.

 

В ФХА принято пользоваться диаграммами «удельная электропроводность χ – состав». Поскольку электропроводность относится к заведомо не аддитивным свойствам, способ выражения концентрации при этом может быть произвольным, однако для наглядности чаще всего выбирают мольные доли. Диаграммы «молекулярная электропроводность λ – состав» используется реже.

 

2.Электрическое сопротивление:

 

Основной константой, характеризующей электрические  свойства вещества, является удельное электрическое сопротивление, зависящее от природы вещества и от температуры.

 

Согласно закону Ома  удельное электрическое сопротивление (ρ) [Ом·м]:

 

,

 

где R – электрическое  сопротивление, ом; S – площадь поперечного  сечения, м2; l – длина, м.

 

Температурная зависимость  электрического сопротивления металлов подчиняется закону:

 

ρt = ρ0 (1+αt),

 

где α – температурный  коэффициент.

 

Электрическая проводимость обусловлена движением заряженных частиц и зависит от количества носителей  заряда и их подвижности.

 

Для разбавленных твердых  растворов, их удельное электрическое  сопротивление по правилу Маттиссена представлено из двух слагаемых:

 

ρ = ρ(t) + ρ(x),

 

где ρ(t) – электрическое  сопротивление чистого металла, зависящее от температуры метала; ρ(x) остаточное электрическое сопротивление, не зависящее от температуры и определяется типом примеси и ее концентрацией.

 

Эта формула применима  при содержании примеси до 1 ат.% Согласно правилу Линде, добавочное электрическое  сопротивление, вызываемое содержанием примеси 1 ат.%, пропорционально квадрату разности валентностей чистого металла и примеси (∆z):

 

∆ρ(x) = a + b(∆z)2,

 

где a, b – величины, определяющие свойства металла – растворителя.

 

Правило Маттиссена достаточно хорошо выполняется для большинства разбавленных металлических расплавов, правилу Линде многие расплавы не подчиняются.

 

Механизм электрической  проводимости в металлических расплавах  и твердых металлах принципиально  не различается.

 

Переход металла из твердого в жидкое состояние сопровождается некоторым изменением электрических свойств: при плавлении удельное электросопротивление большинства металлов увеличивается в 1,5÷2 раза. Для некоторых металлов (Bi, Sb, As) характерно аномальное поведение: при плавлении их удельное электросопротивление уменьшается.

 

Электрическая проводимость оксидных расплавов близка к электропроводимости  типичных электролитов (галлогениды  щелочных металлов) и зависит от состава шлака и температуры. Это является одним из доказательств  ионной теории строения шлаковых расплавов.

 

Их ионная структура  определяет преимущественно ионную проводимость в расплавленном состоянии. Электропроводимость определяется, в первую очередь, размерами катионов и анионов и силами взаимодействия между ними.

 

Повышение температуры  увеличивает электропроводимость оксидных расплавов. При переходе из твердого состояния в жидкое электропроводимость резко возрастает.

 

Уравнение Я.И. Френкеля характеризует температурную зависимость  электропроводимости ионных кристаллов :

 

Уравнение применимо и для оксидных расплавов, в которых перенос тока осуществляется только катионами (которые много меньше по размеру, чем анионы), т.е. если радиусы анионов велики по сравнению с катионами, и анионы остаются почти неподвижными в электрическом поле.

 

При соблюдении уравнения Я.И. Френкеля экспертные данные укладываются в прямолинейную зависимость . Отклонения свидетельствуют о структурных изменениях, которые могут быть связаны с разложением комплексных анионов на простые.

 

Контактные методы измерения  электрической проводимости расплавов

 

В основе лежит закон  Ома: на фиксированном участке проводника из жидкого металла, имеющего длину l и площадь поперечного сечения S, определяется электросопротивление Rχ.

 

Из соотношения устанавливают значения удельной электропроводимости металла.

 

Для определения электросопротивления проводника применяют следующие  электрические измерительные схемы:

 

·           схема вольтметра-амперметра, в которой  при помощи вольтметра измеряют падение  напряжения на концах проводника Vx, а амперметром – силу тока I. В этом случае значение Rx определяют по закону Ома: . Точность метода невысока (≤ 1%) и определяется классом точности приборов.

 

·           Компенсационный метод: в цепь включают эталонное сопротивление Rэ и  с помощью потенциометра измеряют падение напряжения на проводнике Vx и эталоне Vэ. Расчет по формуле: более точный метод.

 

·           С использованием моста Уитстона или двойного моста Томсона. Точность 0,2–0,3%, но необходимо учитывать контактные сопротивления и сопротивление проводов.

 

Определение электропроводимости  расплавов связано с техническими трудностями: контакт расплава с  электродами, подбор материалов.

 

Конструкции измерительных  ячеек с различным расположением  калиброванного канала, в котором  проводник из жидкого металла, электроды токовые и потенциальные.

 

Для расчета удельного  электрического сопротивления (или  электрической проводимости) по измеренному (методом моста или методом  вольтметра-амперметра) значению электрического сопротивления расплава необходимо знать константу ячейки. Градуировку ячейки обычно производят водным раствором (при комнатной температуре) или расплавом NaCl или KCl (при 700–900 °С).

 

Значение константы  ячейки определяют по формуле:

 

где r – сопротивление проводящих проводов и электродов при соответствующих температурах опыта; Rx измеряемое сопротивление.

 

Одним из способов определения r является предварительное определение.

 

Чаще используют другой метод, заключающийся  в измерении электросопротивления при двух последовательных погружениях электродов на различную глубину. Этот способ позволяет исключить поправку на сопротивление проводов (r), т. к. расчет удельного электрического сопротивления ведут по разности измеренных сопротивлений:

 

где К1 и К2 константы ячейки при  двух последовательных погружениях электродов.

 

Конструкция установки разработанной  Б.М. Лепинских и О.А. Есиным (УПИ) с мостовой схемой измерения и  ячейкой типа электрод-электрод.

 

Регулирование глубины погружения электродов производится вращением  стержня (#), при этом происходит подъем или опускание тигля при неподвижных электродах.

 

Среднее значение константы ячейки устанавливают градуированием по 0,1 н раствору KCl. Этот метод используется для определения электрической  проводимости двойных шлаковых систем. Схема моста позволяет измерять сопротивление расплавов с точностью до 0,01 ом. Относительная ошибка определения удельной электрической проводимости двойных шлаковых систем. Схема моста позволяет измерять сопротивление расплавов с точностью до 0,01 ом. Относительная ошибка определения удельной электрической проводимости достигает 11,8%.

 

3.Кондуктометрическое титрование:

 

Несомненно, большими аналитическими возможностями обладает кондуктометрическое  титрование. Титрование позволяет восполнить недостаток селективности определения применением селективного к анализируемому иону титранта. Известны примеры кислотно-основного, осадительного, комплексонометрического титрований. Точность кондуктометрического титрования составляет 1%, но если принять меры по термостатированию анализируемого раствора, то точность определения можно в несколько раз увеличить.

 

Типичный вид кривой кондуктометрического титрования представлен на рисунке 1.

Рис. 1.

 

 

Точка эквивалентности  на графике находится пересечением двух прямых. Одна прямая (до точки эквивалентности) отражает изменение концентрации анализируемого иона и ионов титранта, а другая (после точки эквивалентности) является следствием увеличения концентрации ионов титранта.

 

Однако не всегда кривая титрования имеет такой вид. На рис.2 приведены в качестве примера  кривые титрования, полученные в результате различных аналитических определений.

Рис. 2.

 

 

Вид кривых очевидно различен. В связи с этим возникает закономерный вопрос о причинах различий и возможности прогнозирования вида кривой на основании данных о свойствах анализируемого иона и вещества титранта. В большинстве случаев прогноз возможен, поскольку вид кривой титрования определяется разностью эквивалентных электропроводностей анализируемого иона и ионов, составляющих вещество титранта.

 

Рассмотрим несложный  расчет, позволяющий прогнозировать вид кривой титрования. Прежде всего, нужно ясно представить себе перечень ионов, принимающих участие в  процессе титрования. Пусть нам предстоит определить хлорид с помощью осадительной реакции с нитратом серебра (рис. 2а):

 

Cl- + Ag+ + NO3- = AgCl + NO3-.

 

Не вызывает сомнения, что в процессе титрования до точки  эквивалентности происходит уменьшение ионов Cl- и NO3-. Увеличение концентрации ионов Ag+ практически не происходит, так как серебро осаждается ионом Cl-. В связи с этим можно утверждать, что динамика электропроводности происходит со скоростью, пропорциональной сумме