Электрогравиметриялық талдау әдісі

Еж = Е1а -E1к +IR немесе

Еж = (Еа + Па) - (Ек + Пк) + IR.

мұндағы Еа - анодтағы, Ек- катодтағы потенциалдар, бұлар Нернст геңдеуі арқылы есептеледі, ал аса кернеулік мэні кестеде келтірілген.

Осы пайымдау негізінде электролиз кезінде стандартты потенциалы бар металдың шегетінін түсінуге болады.

Электролиз кезінде анодта аниондардың не ыдырау потенциалына тәуелді оттегі бөлінуі мүмкін. Мысалы, сульфаттарды, фосфаттарды жэне кейбір тұздарды электролиздегенде, судың немесе гидроксидті иондардың тотығуы жүреді:

2Н2О - 4е- —> О2 + 4Н+

4ОН- - 4е- —> О2 + 2Н20

Сол сияқты анодта катиондардың да тотығуы мүмкін, мәселен:

РЬ2+ + 2Н20 = РЬ02+ 4Н+ + 2е-

Жүйеде ток жоқ кезде электродтағы тепе-теңдік потенциалы Нернст теңдеуімен өрнектеледі, ал ток өткенде электрод потенциалы есептеуден алшақ кетеді. Мұндайда бірнеше себептерге байланысты жүретін электрод поляризациясы жөнінде айтылады. Олардың арасында электрод затынан өзгеше болағын электро- химиялық реакция өнімінің түзілуі (химиялық поляризация); электрод маңындағы зарядсызданған иондар қонцентрациясының өзгеруі (қонцентрациялық поляризация); электрохимиялық реакцияның темендеуі мен оның кайғымсыздығы (электрохимиялық поляризация - аса кернеулік) сияқтылармен байланысты поляризацияларды айтуға болады.

Катодтағы потенциалдың өзгеруін катодты поляризация дейді. Мұндайда катод потенциалы теріс маңайга қарай ығысады, ал анодтағы потенциалдың өзгеруін анодты поляризация дейді, анод потенциалы он жаққа карай жылжиды. Электролиз тұсындағы ток эсерінен катод иен анодтағы потенциалдардың өзгерісі поляризация потендиалының пайда болуына себепші болады.

Айталық, мыс сульфатының 1М ерітіндісін электролиздегенде, ондағы платина электродтардың катодына мыс бөлініп, анодында судың тотығуы жүреді. Мұндайда платиналы катод мысқа, ал анод оттекке айналады. Мұның нәтижесінде жаңа гальваникалық элемент пайда болады.

CuS04|Cu(-)I Pt II РЬ(+) РЬ(+) I 02

Электролиздің электр қозғаушы күшіне кері бағытталған ЭҚК оған қарсы әсер етеді. Мұндай құбылысты элекгродтардың химиялық поляризациялануы ретінде карастырады. Бұл поляризациялану ЭҚК-і делінеді. Ол (9.5) теңдеуі бойынша былай есептелінеді: 1,23 - 0.34 = 0,89 В, өйткені:

Еa - Е0O2 +Е4Н+/2Н20 =1,23В.

Егер осы тізбекті үзіп. электродтарды гальванометрге тұйықтаса, онда кері бағыттағы гальваникалық элемент жұмыс істеп - мыс ери бастайды.

Электролиз тез жүруі үшін электродтарга поляризация ЭҚК-нен артық мөлшердегі кернеу беру қажет. Химиялық поляризацияны онын өнімінен активті өзара әрекеттесетін затты қосу арқылы азайтуға болады. Мысалы, сутектін бөлінуі нәтижесінде катодта туындайтын поляризацияны азайту үшін электролитке азот қышқылы сияқты әр түрлі тотықтырғыштарды, ал анодтағы поляризацияны төмендету үшін тотықсыздандырғыштарды қосады. Поляризацияны азайтуға арналған заттарды деполяризатор дейді.

Берілген ерітіндідегі элементтің шама-мөлшерін элекгрогравиметрия эдісі арқылы анықтауға арналған құрылгынын схемасы суретте кескінделген.

Құрылғы аккумулятор немесе элементтер немесе ВС-5М батареямен қоректенсді. ток түзеткіш арқылы ток көзіне жалғанады. Электролиз кезінде ток күші - амперметр, кернеу - вольтметрмен өлшенеді. Көбіне платина электроды жиі қолданылады, жұмысшы электродтағы қосалқы процестерді азайтып, ток тығыздығын төмендету үшін оның металл шөгіндісі (металл не тотық түрінде) бөлінетін беткі ауданы барынша үлкен болуы қажет.

Платина торынан цилиндр түрінде әзірленген электрод аса тиімді. Мұны платина сымынан немесе пластинкасынан ширатып жасайды. Электрод басқа да кез келген металдан әзірленуі мүмкін. Электролиз кезінде ерітіндіні кез келген тәсілмен араластырады. Электрогравиметрлік талдауды гравиметрияның бір түрі ретінде карастыру керек. Шөгіндетуші орнында электрондар, ал бөлінген металдар не тотықтар гравиметрлік пішінде болады, өйткені шөгінді нашар ериді және кермексіз затпен мүлдем ластанбайды. Алынған шөгінді жеңіл шайылады, тез кебеді, өлшеуге қиындық келтірмейді. Оны жүргізуге кезіндегі электрогравиметрияда мынадай жұмыс реті орындалады: платинадан жасалған жұмысшы электродтың құрғақ күйіндегі массасы анықталады; электродтарды талданатын ерітіидіге батырып. электр тізбегін тұйықтайды; мүнымен бір мезгілде секундомер қосылады; берілген кернеуде немесе ток күшінде электролизді жүргізеді (оқтын-оқтын анықталатын құрамның толық шөгінділенуі гексеріледі) электролиз біткен соң, бетінде шөгіндісі бар электродты электролиттен алып, тізбекті ток көзінен айырып, электродты сумен не басқа еріткішпен шайып, құргата кегітіреді; электродтың салмағын өлшеп, талданатын қосиа мен ерітінді құрамындағы құрамдық зат пен шөгінді массасын есептейді; егер құрамында екі не одан да көп құрамдық зат болса, онда осыған дейінгі жұмыстарды өз ретімен қайталайды; платиналық элек гродтың беткі қабатындағы шөгіндіні. айталық, металдардың азот қышқылында еруі сияқты әдісті пайдаланып, тазалайды да, электродты келесі талдау жұмысына әзірлейді.

Электрогравиметриялық жеке бөлу

Электрогравиметриялық жеке бөлу Электролиз кезінде бірнеше металдардың бөліну ретін шешу үшін олардың стандартты потенциалдарын салыстыру керек. Егер олардың мэні айтарлықтай өзгеше болса, онда металды оңай анықтауға болады. Егер қалдық қонцентрациясы бастапқыдан ІО-4- 10-5 проценттей болса, металдың бөлінуін аяқталды деп санайды. Мұндай мөлшердегі үлеске бір электрондық алмасудағы потенциал бөлінуіне 0,12-0,18 В қажет.

Екі металдың стандартты потенциал мәндері өзара жақын болган жағдайда, оларды бөлу үшін біреуімен кешенді қосылыс түзетін реагентті қолдануга болады. Бұл орайда аммиак,калий, тиоцианаминді, қымыздық, шарап қышқылы сияқтыларды пайдаланады. Кешенді қосылыстагы беріктік артқан сайын, электродты потенциал тым төмендейді. Осының нәтижесінде кешен түзетін қосылыссыз жеке бөліне бермейтін заттың иондарын жеке бөлу мүмкіндігі туындайды.

Құрамында бірнеше катиондары болатын ерітінділерді талдау мақсатымен, аса тұрақты кешенді қосылыс түзетін көптеген әдістердің ұсынылғанына карамастан, мәндай қоспаларды электролиздеуді тұрақты потенциалды ұстап тұруды қамтамасыз ететін қосымша прибор мен салыстыру электродын құрылғы схемасына енгізіп, бақыланатын потенциалда жүргізген ыңғайлы. Ондай құрылғы міндетін потенциостат атқара алады. өндірісте оның П = 5827 М және П-5848 М екі түрі кен таралған. Сондай-ақ кулонометрдің потеициостатты бөлігін де пайдалануға болады.

Тұнбаға түсу қасиетіне әсер стетін себептер

Тұнбаға түсу қасиетіне әсер стетін себептер Электрогравиметрия әдісі кезінде барынша таза, тығыз, ұсақ кристалды шөгінді алуга ұмтылу қажет. Мұндай шөгіндіні ешбір ысырапсыз шайып, тазалап, кегттіріп, керек болса, қайтадан жеңіл ерітуге болады. Шөгінді қасиеті электролиздің жүру жағдайына тәуелді. Ток тығыздығы (ток күші мен электрод бетінің қатынасы) төмен болса, электролиз ұзақ жүріп, электродта әлсіз ұсталатып, ірі кристалл шогінді түзілуі мүмкін. Ал ток тығыздығы жоғары болса, металл иондарының разряд жылдамдыгы артып, катод маңаиындағы кеңістік таралып, сутек иондарының разряды үшін жағдай тудыратын катод потенциалы теріс аймаққа қарай ығысады (қонцентрациялық поляризация). Мұндайда сутек пен металл бірге бөлініп, сутек газы металды - оның шөгіндісін қоректендіреді. сөйтіп ол борпылдақ жұмсақтанып. электрод бетіне нашар жабысып, бірікпейді де, ауада оңай тотығып, қоректену көзін ағытып тастағанда ұнтақталып кетуі де мүмкін.

Тожірибе көрсеткендей, ток тығыздығының орташа мәні (0,001- 0,01 А/см2 аралықта катод маңындағы кеңістіктегі металдың кемуі) ерітіндіде болатын диффузия есебінен толығып үлгереді, нәтижесінде катод потенциалы ығыспай тұрақты калып, бұған сәйкес сутек бөлінбей, катодқа берік жабысқан тығыз да жылтыр металл шөгіндісі ұсталады.

Электр шөгінді жылдамдығын анықтаушы кезең катодты кеністіктегі катиондар диффузиясы болып табылады және бұған орай күллі ерітіндіні жақсы араластырып, температураны 60-80°С қыздырады.

Сынап электродындағы электролиз

Сынап электродындағы электролиз Сынап катодында жүргізілетін электролиз талдау әдісіне мүмкіндік ашады. Кедергі болатын иондардан жеңіл арылып, онан әрі талдауға кажетті бірнеше иондарды қалдырады. Мысалы, болат қорытпасын талдау кезінде, оны толық еріткен соң, темірді және басқа да кедергі келтіретін металдарды электр арқылы бөлгенде, сонда электролит ерітіндісінде алюминий, ваннадий, германий, лантан сияқты өте аз мөлшердегі металдар қалады. Мысалы, осы әдіс арқылы мырышты қорытпаларды талдағанда да, ерітіндіден негізгі және басқа да қажетсіз металдарды бөліп, алюминий, магний сияқты активті металдарды қалдырады.

Сынапты электрод сутек бойынша аса кернеулікке ие, ал қалыпты температура мен 0.01 А/см ток тығыздығында -1.04B. Осынын нәтижесінде, көптеген металдарды амальгамда (сынаптағы металл ерітіндісі) тіпті қышқылды ортадан бөліп алуға болады, өйткені бөлінген металл сынапта еріп, амальгамға айналады.

Ал амальгамның түзілуі платина не басқа электродта бөлінбейтін, шөкпейтін металдардың бөлінуін жеңілдетеді.

Сол сияқты, құрамында көптеген металы бар қоспаны сынапты катодта талдағанда, олардың күкірт қышқылды ерітінділерінен темір, мыс, никель, кобальт, мырыш, германий, күміс,кадмий, индий, қалайы, хром, молибден, қорғасын, висмут, селен, теллур, сынап, алтын, платина, иридий, родий, палладий сияқты металдар жеке бөлініп, амальгам түзеді, алалюминий, берилий, бор, тантад, ниобий, вольфрам, сирек жер элементтері, титан, ванадий, цирқоний, және басқалары толығымен электролитте қалады. Бұл одіс бойынша, металдардың арасында рутений, мышьяк және сурьма толық бөлінбейді.

Сонымен, қышқылды ерітінділерді электролиздегенде, сынапты катодта 20-дан астам металдар ерітіндіден амальгамға айналып, ерітіндіде шамалысы ғана қалады, әрине, бұл жай кен, минерал, қорытпа сияқты күрделі құрамды талдауды едәуір жеңілдетеді.

Ішкі электролиз

Ішкі электролиз Бұл - элекгрогравиметрияның құрамына енетін әдістің бір түрі. Ол гальваникалық жүп құрайтын электродтарды ерітіндіге батырғанда пайда болатын электр ток күшін пайдалану нәтижесінде ерітіндіден металдардың бөлінуіне негізделген. Аспап құрылысы екі электродтан тұрады: бірі платинадан, екіншісі талданылатынға қарағанда, біршама активті эйтеуір бір металдан жасалған. Мұндай электрод жүбыи электролитке батырғанда, потенциалдар айырымы туындайды. Активтігі біршама төмендеу платина электродында (катодта) ерітіндіден анықталатын металдың бөлінуінен тотықсыздану процесі жүреді: ал активтілеу электрод ери бастап, ерітіндіге өзіне сәйкес катиондар береді. Айталық, мыс сульфаты ерітіндісіне платина және мырыштан тұратын электрод жұбын енгізсе, онда мырыш металы мырыш катионына айналып, ерітіндіге ауысса, ерітіндідегі мыс катионы платина электродында тотықсызданып, шөгінді түрінде бөлінеді. Катодты көбінесе платина торынан, кейде жез не болаттан әзірлейді, ал анод үшін әдетте, мырыш, никель, кадмий және басқаларды пайдаланады. Анодты әр түрлі металдардан ауыстыра құрау арқылы. түрлі қоспадағы металдарды тиісті катион түрінде бөлуге болады. Катодта қалыпты потенциалы анод потенциалынан артық болатын металдар бөлінеді. Ал қалыпты потенциалы, анод- тікінен аз болатын барлық катиондар ерітіндіде калады. Олай болса, ерітіндіде бірнеше металдың иондары болса, әр түрлі анодты алмастыра отырып, әрбір металды рет-ретімен бөліп, анықтайды. Ол үшін, жеке бөлінген металдың салмағын өлшеп немесе гравиметрлік әдіс жеткіліксіз болған жағдайда оны тиісті еріткіште ерітіп, басқа сезімтал әдістің бірімен анықтайды.

Жалпы ішкі электролиз әдісін түсті металдарды (олардың үлгідегі мөлшері 50 мг шамасында болса да) анықтау үшін қолданады. Сондай-ақ құрылым қарапайымдылығы оны кез келген лабораторияда тиімді етуі - бұл әдістің артықшылығы. Бөлінген металды, еріткіштің аз көлемінде қайта еріту арқылы қонцентрлейді.

Үлгідегі анықталатын металл мөлшері молдау болса, ондайда белсенді деген электрод-анодта бөлінуі мүмкін. Мұны болдырмау үшін, анодтың беткі қабатын қоллодий сияқты желімнің өте нәзік қабатымен каптайды, ал кейде анод пен катод кеңістігін жартылай өткізгіш арқылы бөледі.[1]

 

 

 

 

 

 

 

 

Қорытынды

Қазіргі кезде Аналитикалық Химия жақсы, ілгері қарай дамыған. Аналитикалық Химияны зерттеу мақсатында әр мемлекетте барлық жағдай қарастырылу үстінде.Ғылыми зерттеу орталықтары ,зауыттар мен фабрикалардағы лабораториялар талдау әдістерін оқытып, тәжірибе жасап түсінуге бағытталған ,әрі бұл жұмыстарға қаржылай көмек көрсетілген.Мысалы, ел ордамыз Астана қаласындағы жаңадан ашылған ғылыми зерттеу орталығы көптеген сенімге ие. Үздіксіз білім беру және мамандар біліктілігін арттыру институтының мамандар біліктілігін арттыру және қайта даярлау орталығында Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігінің Шетелдік ғалымдармен мамандарды Қазақстанның ЖОО-на тарту 20-бағдарламасына сәйкес Санкт- Петербург технологиялық университетінің х.ғ.д., профессоры А.А.Колесников инженерлік профильді лабораторияда «Қазіргі заманғы физика-химиялық талдау әдістері және ғылым мен техниканың әртүрлі салаларында қолдану перспективалары» біліктілік арттыру курсы бойынша курс өткізген болатын.Ал, осыдан 17 жыл бұрын , 1995 жылы 21 қаңтарда Алматы қаласының  әділет басқармасы 1994 жылы  қазан айының 21 жұлдызында әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университетінің Ғылыми Кеңесінің шешімі №3-04-79-388 бойынша «Физика химиялық зерттеу және талдау орталығы» ашылып оны  тіркеуге алды. 2003 жылы 17 қаңтарда Казақстан Республикасы Үкіметінің №37 үкімі бойынша 2003 жылы 27 мамырда Орталық әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университетінің Республикалық мемлекеттік кәсіпорынының жанында «Физика химиялық зерттеу және талдау орталығы» еншілес мемлекеттік кәсіпорын болып қайта құрылды (18.06.2003 ж. тіркеу куәлігінің №56192-1910-ГП). Бұл деректердің өзі де Қазақстандағы Аналитикалық Химияның даму дәрежесі біз ойлағаннан да биік дәреежеде екенін көрсетеді.Соңғы 2 жылдың ішінде «Физика-химиялық талдау әдістері» инженерлік бейіндегі зертханалар ашыла бастады. «Физика-химиялық талдау әдістері» инженерлік бейіндегі зертханалар ҚР Білім және ғылым министрлігі Ғылым комитеті өткізген конкурс қорытындысы нәтижесінде интеллектуалды потенциалды және қазіргі заманғы эксперименталды қондырғыларды тиімді пайдалану, іргелі және қолданбалы сипаттағы ғылыми-зерттеу жұмыстарын жүргізу, жоғары білікті мамандар мен ғылыми кадрларды дайындауға қатысу мақсатында құрылды.