4.2.1. Установка для кулонометрического титрования

Установка для кулонометрического титрования при постоянной силе тока содержит следующие основные узлы: 1) источник постоянного тока; 2) устройство для определения количества электричества; 3) электролитическую ячейку с генераторным электродом; 4) индикаторную систему для определения конца титрования; 5) хронометр для определения продолжительности электролиза. Источником постоянного тока служат универсальные источники питания (УИП-1, УИП-2) или потенциостаты (П-5848, П-5827М). Источник тока должен обеспечивать постоянство тока в генераторной цепи.

Многообразные конструкции ячеек для кулонометрического титрования можно свести к двум типам: ячейки с внутренней генерацией и ячейки с внешней генерацией титранта. Значительно чаще применяют ячейки первого типа, общий вид которой приведен на рис. 4.5.

Для кулонометрического титрования требуются два электрода – рабочий генераторный (3) и вспомогательный (4). Рабочим называют электрод, расположенный в электродном пространстве, содержащем определяемое вещество. Генераторные электроды изготавливают из платины, золота, серебра, амальгамы, ртути, графита. В качестве вспомогательных применяют электроды из благородных металлов. Вспомогательный электрод изолируют в отдельной камере, например, стеклянной трубке, в нижнюю часть которой впаяна пористая стеклянная диафрагма (5). Иногда вспомогательный электрод помещают в отдельную ячейку (стакан), которая соединяется с рабочей ячейкой электролитическим ключом.

Рис. 4.5. Ячейка

для кулонометрического титрования:

1 – анодное пространство (исследуемый раствор); 2 – катодное пространство (фоновый электролит); 3 – анод (+) рабочий электрод, генерирующий титрант; 4 – катод (-) вспомогательный электрод; 5 – стеклянный фильтр; 6 – корпус ячейки; 7 – магнитная мешалка

Для индикации конечной точки титрования (к.т.т.) наиболее часто используют амперометрический и потенциометрический методы. В ячейку вводят индикаторные электроды: два платиновых электрода (при амперометрической индикации) или платиновый и каломельный электроды (при потенциометрической индикации). Иногда для определения к.т.т. используют фотометрический методы, помещая ячейку в кюветное отделение фотоэлектроколориметра и измеряя светопоглощение в ходе титрования. Конец титрования может быть установлен визуально, например по появлению окраски раствора, вызванной избытком титранта. Типичная установка для кулонометрического титрования с визуальной индикацией к.т.т. представлена на рис. 4.6.

Рис. 4.6. Установка для кулонометрического титрования:

1 – ячейка для титрования; 2 – электроды; 3 – бюретка; 4 – переключатель рода работы; 5 – тумблер включения прибора в сеть; 6 – миллиамперметр; 7 – ручки регулировки тока; 8 - магнитная мешалка

4.3. Кондуктометрические методы анализа

Кондуктометрический метод основан на изменении электрической проводимости растворов в зависимости от концентрации присутствующих заряженных частиц. Объекты анализа – растворы электролитов. Аналитический сигнал – электрическая проводимость.

Электрическая проводимость (электропроводность, Ом^-1 или См (сименс)) – способность веществ проводить электрический ток под действием внешнего источника электрического поля; величина, обратная электрическому сопротивлению: L=1/R, где R – сопротивление раствора, Ом. Различают удельную и молярную электропроводность.

Удельная электропроводность – проводимость 1 мл раствора, помещенного между двумя электродами, с площадью поперечного сечения 1 см² и расстояние между которыми 1 см, обозначается κ (Ом^-1·см^-1 или См·см^-1). Удельная электропроводность зависит от концентрации раствора, заряда ионов, скорости их движения, температуры раствора и природы растворителя.

Молярная электропроводность – проводимость раствора, содержащего 1 моль эквивалента вещества, помещенного между двумя параллельными электродами с площадью поперечного сечения 1 см², расстояние между которыми 1 см. Обозначается λ (См·см²/моль). Зависимость между удельной и молярной электропроводностью выражается уравнением

λ = κ·1000/с,

где с – концентрация растворенного вещества, моль/л.

Экспериментальное определение электропроводности основано на измерении сопротивления раствора, заключенного между двумя электродами, при прохождении переменного электрического тока с помощью кондуктометра.

В качестве кондуктометра может использоваться модуль «Электрохимия» (рис. 4.7, а) учебно-лабораторного комплекса «Химия», управляемый через универсальный контроллер (рис. 4.7, б) с помощью компьютера.

Датчик для кондуктометрических измерений представляет собой два инертных электрода, зафиксированных в одной обойме (рис. 4.8). Датчик подключается к модулю «Электрохимия» и опускается в стакан с раствором электролита.

а б

Рис. 4.7. Модуль «Электрохимия» (а)

и универсальный контроллер (б)

учебно-лабораторного комплекса «Химия»

Рис. 4.8. Датчик для кондуктометрических измерений

По способу выполнения анализа различают прямую кондуктометрию и косвенную (кондуктометрическое титрование).