Anyagvizsgálati módszerek Elektroanalitikaanchem.uni-pannon.hu/wp-content/uploads/AnyagVizsgModsz-BSc-elektro.pdf · Potenciometria Potenciometria olyananalitikaieljárásoktartoznakmelyeksoránakoncentráció

Anyagvizsgálati módszerekElektroanalitika

Anyagvizsgálati módszerekPannon Egyetem

Mérnöki Kar

Anyagvizsgálati módszerek Optikai módszerek 1/ 18

Potenciometria

Potenciometriaolyan analitikai eljárások tartoznak melyek során a koncentrációmeghatározására szolgáló jel egyenáramú villamospotenciálkülönbség. A potenciálkülönbség mérése két elektródbólképzett galvánelem kapocsfeszültségének, illetve elektromotoroserejének mérésén alapul.

direkt potenciometria: közvetlen koncentráció meghatározásközvetett potenciometria: reakciók végpontjának jelzése

Ha nem folyik áram a rendszeren:beállhat az elektrokémiai egyensúly,érvényesek az egyensúlyban lévő elektródokra vonatkozóösszefüggések,a mérés alapja galvánelem elektromotoros ereje.


Elektród fajtákReferencia/indikátor

Referencia elektródpotenciálját a mérési körülmények között állandónak tekintjük

Indikátor elektródpotenciálja változik a mérendő komponens koncentrációjának, vagykoncentrációváltozásának függvényében


Potencimetriás mérések kivitelezése


Elektród fajtákElsőfajú

Elsőfajú elektróda fém saját ionjait tartalmazó elektrolit-oldatba merül

M Mz+ + z e−

Nernst egyenlet

E = E 0 +R T

z Fln cMz+

ahol E az elektródpotenciál, E 0 standard potenciál, R egyetemesgázállandó, T abszolut hőmérséklet, F Faraday állandó és cMz+ afémion koncentrációja.


Elektród fajtákMásodfajú

Másodfajú elektródegy fém merül a saját, vízben rosszul oldódó sóját és ennek a sónakaz anionját egy jól oldódó sóként tartalmazó oldatba. Pl. higanymerül kalomelt (Hg2Cl2) és KCl-t tartalmazó vizes oldatba, vagyezüst merül ezüst-kloridot és KCl-t tartalmazó oldatba. Elektródpotenciált a fémion oldhatósága szabja meg. Ez azanionkoncentráció függvénye. Kalomel elektród esetén pl.:

E = E 0 +R T

Fln cHg2+

2= E 0 +

R T

FlnK − R T

Fln cCl−

ahol K a kalomel oldhatósági szorzata.Gyakran alkalmazott referencia elektródok.


Elektród fajtákIonszelektív

Ionszelektív elektródIoncsere elvén működnek és a potenciál meghatározó ionra(többé-kevésbé) szelektívek. Egy membrán két oldalán lévő ionokcsak korlátozott mértékben képesek áthatolni. Ha az egyik ionszámára a membrán átjárható, a másik számára pedig nem, akkoregyik koncentrációja sem egyenlítődik ki teljes mértékben a fellépőpotenciál miatt. A kialakuló egyensúly a membrán egyensúly, az eztjellemző potenciál pedig a Donnan-potenciál.

üveg elektródok (H+, Li+, K+),csapadékalapú elektródok (Ag+, CN−, F−, Cl−, Br−, I−),komplexometriás elektródok (Ca2+),gázelektródok (CO2 , NH3 , HCN).


Direkt potenciometriapH mérés

pH

A pH (pondus hidrogenii, latinul potentia hydrogeni,hidrogénion-kitevő) dimenzió nélküli kémiai mennyiség, mely egyadott oldat kémhatását (savasságát vagy lúgosságát) jellemzi. Hígvizes oldatokban a pH egyenlő az oxóniumion-koncentráció negatívtízes alapú logaritmusával.

pH = − log10[H3O+] = − lg[H3O+]

vagy egyszerűbben:

pH = − log10 [H+] = − lg [H+]


Vizes oldatok pH-ja0 < pH < 14

tiszta vízben és semleges kémhatású oldatokban: pH = 7savas közegben megnő az oxónium ionok moláriskoncentrációja: pH < 7lúgos közegben lecsökken az oxónium ionok moláriskoncentrációja: pH > 7

oldat pH oldat pHAkkumulátorsav 1 Kávé 5Gyomorsav 1–1,5 Tej 6,5Coca-Cola 2–3 Víz 6,0–8,5Narancslé, almalé 3,5 Vér 7,4Bor 4 Hipó 12,5Sör 4,5–5 Vörösiszap >13


pH mérésKözvetlen potenciometria


KalibrációpH mérés előtt!!


Elektródok


Coulometria

Coulometriás módszerekOlyan elektrokémiai eljárások tartoznak, amelyek a mérendőkomponens meghatározását Faraday II. törvényére vezetik vissza.A meghatározandó komponens mennyiségét az elektródreakcióbanfelvett, vagy leadott elektromos töltés mérésére vezeti vissza.

Faraday II. törvénye

Adott elektromos töltésmennyiséggel (Q) elektrolizált anyagmennyisége arányos az anyag kémiai egyenértéksúlyával (M/z).

m =Q

F

M

z

1 mol egyszeres töltésű ion semlegesítéséhez 96 500 C töltésre vanszükség.


Ellenőrzött potenciálon végzett coulometria

Olyan E potenciált választunk, amelyen a mérés alapját képezőelektródfolyamat nagy hatásfokú (ideális esetben 100%).Az áramerősség az átalakuló komponens koncentrációcsökkenése miatt a maradékáramig csökken.

i(t) = z F A Dc(t)

δexp

(−D A

V δt

)Q =

∫ te

0i(t)dt


Ellenőrzött potenciálon végzett coulometria


Állandó áramerősség mellett végzett coulometria

Állandó áramerősség alkalmazása esetén a meghatározás soránfelhasznált töltés mennyiségének meghatározáshoz elég mérniaz időt.Amperosztát segítségével végezzük.A meghatározás folyamán a potenciál folyamatosan változik.Megtörténhet, hogy megindul valamilyen zavaróelektródreakció ⇒ áramhatásfok < 100%.

i(t) = K

Q = K t


Coulometriás készülék


SO2 gáz folyamatos meghatározása

a levegőből elnyelt SO2 az anódon fejlődő Br2-vel reagál

2Br− = Br2 + 2e−

Br2 + SO2−3 + H2O = SO2−

4 + 2Br− + 2H+

SO2 hiányába a Br2 termelés és a meghatározás leállA felhasznált Q = I t arányos az SO2-vel.


Documents

Anyagvizsgálati módszerek Elektroanalitikaanchem.uni-pannon.hu/wp-content/uploads/AnyagVizsgModsz-BSc-elektro.pdf · Potenciometria Potenciometria olyananalitikaieljárásoktartoznakmelyeksoránakoncentráció