Потенциометрия

Применение потенциометрического и кулонометрического методов анализа в фармации и аналитической химии (стр. 1 из 2)

Потенциометрия

1. Смешаны 400 мл 0,0405 моль/л раствора бромата калия и 250 мл раствора бромата калия с молярной концентрацией эквивалента KВrO3 0,222 моль/л. Объем смеси разбавлен водой до 1000 мл. рассчитать молярную концентрацию эквивалента полученного раствора.

400мл – 0,0405 моль/л Ход решения:

250мл – 0,222 моль/л Первым делом определим, сколько молей вещест-

ва содержится в 400 мл раствора и в 250 мл.

0,0405 моль – в 1000 мл

х – в 400 мл, следовательно

х=0,0405*400/1000=0,0162 моль

0,222 моль – в 1000 мл

у – в 250 мл

у=0,222*250/1000=0,0555 моль

Значит, в растворе будет содержатся 0,0162+0,0555=0,0717 моль вещества.

Поскольку раствор разбавляют водой до 1000мл (1л), получим, что молярная концентрация полученного раствора составит 0,0717 моль/л.

Теперь определим молярную концентрацию эквивалента полученного раствора.

Сн=nэ/Vp-pa, в свою очередь

nэ=m/Mэ, где Mэ – молярная масса эквивалента.

Молярная масса эквивалента соли определяется отношением молярной массы соли к произведению чиста атомов металла на его валентность.

Поскольку К одновалентен и в данной соли содержится всего один его атом, следовательно Mэ=М, а значит молярная концентрация и молярная концентрация полученного раствора будут равны. Т.е.

молярная концентрация эквивалента полученного раствора равна 0,0717 моль/л.

Ответ: 0,0717 моль/л.

2. Применение потенциометрического и кулонометрического методов анализа в фармации и аналитической химии.

Потенциометрический метод – это метод качественного и количественного анализа, основанный на измерении потенциалов, возникающих между испытуемым раствором и погруженным в него электродом.

Данный метод рекомендуется для установления доброкачественности и количественного анализа некоторых фармакопейных препаратов. Использую потенциометрическое титрование, можно более объективно устанавливать точку эквивалентности, поэтому метод находит широкое практическое применение.

Одним из направления потенциометрического метода является хронопотенциометрия. Сущность этого метода заключается в том, что потенциал одного их электродов записывают как функцию времени. Помимо аналитических целей метод может быть использован для изучения кинетики химических процессов.

Потенциометрический метод также может быть использован при исследовании процессов разрушения лекарственных веществ при хранении.

Кулонометрический метод весьма перспективен для анализа лекарственных веществ: некоторых местноанестезирующих средств, сульфаниламидов, алкалоидов. Кулонометрический метод основан на законе Фарадея, устанавливающем связь между количеством вещества, выделившегося на электродах, и затраченным на этот процесс количеством электричества.

3. Построить кривые потенциометрического титрования в координатах E-V и ∆E/∆V-V и рассчитать концентрацию хлорида кальция в растворе (г/л), если при титровании 20,0 мл анализируемого раствора 0,0500 н. раствором Hg2(NO3)2 получили следующие данные:

По данным таблицы получим следующую кривую потенциометрического титрования в координатах E-V:

Исходя из данных этой таблицы получим следующий график:

Из данных графиков видно, что точка эквивалентности соответствует 18мл Hg2(NO3)2.Отсюда можно рассчитать концентрацию хлорид кальция в растворе.

Уравнение реакции имеет следующий вид:

CaCl2+ Hg2(NO3)2® Hg2Cl2+Ca(NO3)2

m(Hg2(NO3)2)=Cн(Hg2(NO3)2)*Mэ(Hg2(NO3)2)*V(Hg2(NO3)2)

Нормальность данного раствора дана в условии задачи, объем определили по графику, осталось рассчитать Mэ

Молярная масса эквивалента соли равна отношению мольной массы соли к произведению числа атомов металла на его валентность. Т.е., получим:

Mэ(Hg2(NO3)2)=

=131,5г/моль. Следовательно,

m(Hg2(NO3)2)=0,05*131,5*18*10-3=0,12г

CaCl2 и Hg2(NO3)2 реагируют в эквивалентном количестве, т.е. в реакцию вступает одинаковое количество молей этих веществ.

n(Hg2(NO3)2)= m(Hg2(NO3)2)/ M(Hg2(NO3)2)=0,12/586=0,2*10-3моль. Значит, n(CaCl2) также равно 0,2*10-3 моль.

m (CaCl2)=n(CaCl2)*M(CaCl2);

m (CaCl2)= 0,2*10-3*111=0,022 г – это масса в 200 мл, следовательно масса в литре раствора составит: 0,022*5=0,11г

Т.е. концентрация хлорида кальция в растворе составит 0,11 г/л.

Ответ: с(CaCl2)= 0,11 г/л.

4. При фотометрировании раствора сульфосалицилатного комплекса железа получили относительную оптическую плотность раствора 0,55. Раствор сравнения содержал 0,0288 мг железа в 25 мл. Толщина поглощающего слоя 2 см. Определить концентрацию и массу железа в 100 мл анализируемого раствора, если ε комплекса в этих условиях равен 3000 л/(моль·см).

D=eDcl, где e – коэффициент пропорциональности, который не зависит от концентрации, а зависит только от природы растворенного вещества;

Dc=с1-с0 – разность между концентрциями исследуемого раствора и эталонного;

l – толщина поглощающего слоя.

Отсюда, с1=D/(e*l)+ с0

Если в 25мл – 0,0288 мг, то

в 1000мл – х. х=1000*0,0288/25=1,15мг=1,15*10-3г,следовательно с0=1,15*10-3г/л

Однако необходима концентрация в моль/л.

n0=m0/M0; n=(1.15*10-3г)/56=0,02*10-3моль, следовательно с0=0,02*10-3моль/л.

с1=(0,55/(3000*2))+0,02*10-3=1,1*10-3моль/л

m1=n1*M1; m1=1.1*10-3моль/л*56=61,6мг

Т.е. с1=61,6мг/л

В 100 мл раствора масса железа будет в 10 раз меньше, т.е. будет составлять 61,6/10=6,16 мг.

Ответ: с1=61,6мг/л; m в 100 мл =6,16 мг.

5. Газовая хроматография. Сущность метода. Параметры удерживания.

Газовой хроматографией называется хроматографический метод, в котором в качестве подвижной фазы применяется газ или пар.

В свою очередь газовая хроматография может быть разделена на газо-адсорбционную (газо-твердую) и газо-жидкостную.

В первом случае неподвижной фазой служит твердое вещество — адсорбент, во втором — жидкость, распределенная тонким слоем по поверхности какого-либо твердого носителя (зерненого материала, стенок колонки).

Газоадсорбционная хроматография

Особенность метода газоадсорбционной хроматографии (ГАХ) в том, что в качестве неподвижной фазы применяют адсорбенты с высокой удельной поверхностью (10—1000 м2г-1), и распределение веществ между неподвижной и подвижной фазами определяется процессом адсорбции. Адсорбция молекулиз газовой фазы, т.е.

концентрированноих на поверхности раздела твердой и газообразной фаз, происходит за счет межмолекулярных взаимодействий (дисперсионных, ориентационных, индукционных), имеющих электростатическую природу.

Возможно, образование водородной связи, причем вклад этого вида взаимодействия в удерживаемые объемы значительно уменьшается с ростом температуры.

Для аналитической практики важно, чтобы при постоянной температуре количество адсорбированного вещества на поверхности Сs было пропорционально концентрации этого вещества в газовой фазе Сm:

Cs =кcm,,

т.е. чтобы распределение происходило в соответствии с линейной изотермой адсорбции (к — константа). В этом случае каждый компонент перемещается вдоль колонки с постоянной скоростью, не зависящей от его концентрации.

Разделение веществ обусловлено различной скоростью их перемещения. Поэтому в ГАХ чрезвычайно важен выбор адсорбента, площадь и природа поверхности которого обусловливают селективность (разделение) при заданной температуре.

С повышением температуры уменьшаются теплота адсорбции DH/T, от которой зависит удерживание, и соответственно tR . Это используют в практике анализа.

Если разделяют соединения, сильно различающиеся по летучести при постоянной температуре, то низкокипящие вещества элюируются быстро, высококипящие имеют большее время удерживания, их пики на хроматограмме будут ниже и шире, анализ занимает много времени.

Если же в процессе хроматографирования повышать температуру колонки с постоянной скоростью (программирование температуры), то близкие по ширине пики на хроматограмме будут располагаться равномерно.

В качестве адсорбентов для ГАХ в основном используют активные угли, силикагели, пористое стекло, оксид алюминия. Неоднородностью поверхности активных адсорбентов обусловлены основные недостатки метода ГАХ и невозможность определения сильно адсорбирующихся полярных молекул.

Однако на геометрически и химически однородных макропористых адсорбентах можно проводить анализ смесей сильнополярных веществ.

В последние годы выпускают адсорбенты с более или менее однородной поверхностью, такие, как пористые полимеры, макропористые силикагели (силохром, порасил, сферосил), пористые стекла, цеолиты.

Наиболее широко метод газоадсорбционной хроматографии применяют для анализа смесей газов и низкокипящих углеводородов, не содержащих активных функциональных групп.

На молекулярных ситах — высокопористых природных или синтетических кристаллических материалах, все поры которых имеют примерно одинаковые размеры (0,4—1,5 нм), — можно разделить изотопы водорода. Сорбенты, называемые порапаками, используют для разделения гидридов металлов (Ge, As, Sn, Sb) (см. рис. 8.15).

Метод ГАХ на колонках с пористыми полимерными сорбентами или углеродными молекулярными ситами самый быстрый и удобный способ определения воды в неорганических и органических материалах.

Источник: https://smekni.com/a/325252/primenenie-potentsiometricheskogo-i-kulonometricheskogo-metodov-analiza-v-farmatsii-i-analiticheskoy-khimii/

3.1.Потенциометрия

Потенциометрия

        Потенциометрический методанализа основан на измерении электродного потенциала, величина которогообусловлена концентрацией (точнее, активностью) потенциалопределяющегокомпонента раствора.

Для расчета электродного потенциала (Е, В) служит уравнение Нернста:

где Е0 – стандартный потенциал, В; R- универсальная газовая постоянная (8,313 Дж); Т – абсолютная температура, К; F- число Фарадея (96 490 Кл); n – заряд потенциалоопределякщего иона, а – его активность.

После введения численных значений величин R и Т,(температуру принимают равной 298 К (25° С), и учета коэффициента перехода отнатуральных логарифмов к десятичным (2,3026) получают уравнение:

Активность ионов связана с концентрацией с оотношением а = f*с, где f – коэффициент активности. В разбавленных растворахкоэффициент активности близок к единице, для бесконечно раз¬бавленныхрастворов уравнение Нернста имеет вид:

Потенциометрический метод анализа подразделяется напрямую потенциометрию (ионометрия) ипотенциометрическое титрование. Прямая потенциометрия основана на измерениипотенциала индикаторного электрода и расчете концентрации определяемых ионов поуравнению Нернста.

В основе потенциометрического титро-вания лежит резкое изменение потенциалаиндикаторного электрода в точке эквивалентности.

Используемый впотенциометрических определениях гальванический элемент включает два электрода,которые погружают в один раствор (гальванический элемент без переноса) или вдва различных по составу раствора, соединенных жидкост-ным контактом (цепь с переносом).

Электроды

         По назначениюэлектроды делятся на индикаторные и электроды сравнения.

Электрод, потенциалкоторого зависит от активности (концентрации) определяемых ионов в растворе,называют индикаторным.

Электрод, потенциал которого не зависит от концентрацииопределяемых ионов, называется электродом сравнения. В потенциометрическомметоде анализа применяют индикаторные электроды двух классов:

1.Электронообменные электроды, на межфазных границах которых протекаютреакции, сопровождающиеся переходом электронов.

2.Мембранные или ионоселективные электроды на межфазных границах которых протекают ионообменнныепроцессы. К таким электродам относится стеклянный электрод, который очень частоиспользуется в потенциометрии.

Устройствокомбинированного стеклянного электрода

Рис.1. Стеклянныймембранный электрод. 1 – стеклянная мем-брана, чувствительная к изменению рН;2 – внутренний раствор; 3 – внутренний электрод сравнения; 4 – внешний растворсравнения; 5 – внешний электрод сравнения; 6 – отверстие для заполнения элек-трода; 7 – электрический контакт.

Электродом является стеклянный шарик (мембрана) диамет-ром15-20 ммс толщиной стенок 0,06 – 0.1 мм, изготовленный из стекла особого состава (Me2O·Al2O3·SiO2 где Me – Li, Na), расположенный на концестеклянной трубки (рис.1).

Внутри шарика – раствор с определенным значением рН (0,1-0,01 M HCI), в который погружен электрод сравненияхлорсеребряный или каломельный. Перед работой стеклянный электрод некотороевремя вымачивается в 0,1 MHCI.

При этой ионы H+ из раствора обмениваются на ионы Na+ из мембраны, и в системе устанавливаетсяравновесие:

SiONa++ H+ SiOH+ + Na+

стекло растворстекло раствор

Если подготовленный таким образом электрод опустить в раствор, содержащийионы Н+, произойдет обмен ионами водорода между анализируемымраствором и внешней поверхностью мембраны, т.е. протекает электродная реакция

H+ Н+

раствор стекло,

приводящая к возникновению потенциала.Величина этого потенциала зависят от активности ионов Н+ ванализируемом растворе:

На внутренней поверхности стекла также возникает потенциал, которыйостается постоянным в растворе с постоянной активностью ионов водорода.

Для определения рН в исследуемый растворпогружается стеклянный индикаторный электрод и хлорсеребряный электродсравнения (иногда вся система комбинируется в одном электроде – комбинированныйэлектрод).

ЭДС такой ячейки складывается из алгебраической суммы потенциалов,возникающих на отдельных поверхностях разделов фаз; испытуемый раствор – внешняяповерхность стекла (Е1), внутренняяповерхность стекла – стандартный раствор кислоты (Е2), стандартныйраствор – вспомогательный хлорсеребряный электрод (E3) и потенциалэлектрода сравнения, погруженного в исследуемый раствор (Е4):

Э.д.с.=Е1 + Е2 + Е3 + Е4.

Переменным, зависящим от pH исследуемогораствора, является только Е1, поэтому:

Э.д.с.=K+ Е1=K+ E0 + 0,059 lgaH+ = K + E0 + 0,059 pH

Стеклянный электрод пригоден для измерения рНот 0 до 10, При рН > 10 возникает “щелочнаяошибка” вследствие обмена ионов Na+из раствора.

Для особых сортов стекла, содержащего Сs, La щелочная ошибка малаи измерения можно проводить до рН =14.

Кроме того,точность показаний стеклянного электрода снижается в присутствии белков идругих органических соединений с большими молекулам,способными адсорбироваться на поверхности стекла.

Правила работы со стеклянным(комбинированным) электродом

         Подготовленный кработе электрод хранят в дистиллированной воде или 0,1 М растворе HCI. Передпроведением измерений электрод следует тщательно промыть дистиллированнойводой. Перед погружением в буферный раствор остатки воды удалить осторожнымпромоканием фильтровальной бумагой.

При погружении электрода в исследуемыерастворы следует следить за глубиной погружения: место выхода электрическогоконтакта с внутренним раствором электрода должны находиться в исследуемомрастворе. При проведении титрования следует избегать повреждения мембраныякорьком магнитной мешалки, поэтому расстояние от дна стакана для титрования домембраны должно быть 1,5 см.

После окончания измерения электрод следует промыть и погрузить в стаканчик сдистиллированной водой.

Прибор для потенциометрическихизмерений

         В данной работеизмерение pH проводится некомпенсационнымметодом на приборе рН-метре “Mera-ELWRO”,имеющем вы-сокое входноесопротивление (~1012 Ом). Расположение регуляторов на верхней панелиприбора показано на рис.2/

Рис.2. Верхняяпанель рН-метра.

1 – клемма для подключениякомбинированного электрода;

2 – кнопка включения питания;

3 – регулировка температуры;

4 – механический нуль;

5 – переключатель вида работ;

6 – регулятор настройки побуферным растворам;

7- шкала pH.

Порядокработы на pH-метре

1. Подключить pH–метр к сети 220 B с помощью сетевого шну-ра;

2. Комбинированный стеклянный электрод подключить pH-метру в положение”1″;

3. Положение стрелки прибора должно соответствовать значе-нию шкалы 0. Для установки механического нуляможно вос-пользоваться”4″;

4. Включить прибор нажатием кнопки “2” за 20-30 мин. до про-ведения измерений;

5. С помощью регулятора ''3″ установить нужное значение тем-пературы по шкале температур.Переключатель “5” при этом должен находиться в положении”Т”;

6. При проведении измерений рН в интервале 0 –14 переключа-тель “5” установить вположение “14 рH”,Для точных измерений рН в интервале 0 – 2,8переключатель установить в положение “2,8 рН”;

7. Проверить настройку прибора по двум буферным растворам pH = 4,02 и рH= 9,18. Для этого электрод последовательно по-грузить в стаканчик с соответствующим буфернымраствором. В случае несов¬падения показании по шкалеприбора с соответст-вующимзначением рН провести настройку с помощью регуля-тора “6”;

8. После проведения настройки можно приступать к измерению рН исследуемого раствора.

9. После окончания работы прибор выключись, вернув регулятор”5″ в положение “Т”, отжав кнопку “2”и отключивот сети.

Графические способы установленияточки эквивалентности при потенциометрическом титровании

         Графическиеспособы определения точки эквивалентности представлены на рис.3.

Потенциал в точке эквивалентности (Eт.э.)и соответствующий объем титранта, находят в точкеперегиба кривой титрования (в се-редине скачка).

Рис.3. Кривыепотенциометрического титрования: А – интегральная кривая, Б – дифференциальнаякривая.

Источник: http://kit.chem.kemsu.ru/Posobiya/Analit1/paper/Praktikum/3.1.html

Ваш педагог
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: