26.10.2011

ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET

TECHNOLOGICZNY w SZCZECINIE

WYDZIAŁ TECHNOLOGII I INŻYNIERII CHEMICZNEJ

Zakład Chemii Fizycznej i Podstaw Ochrony Środowiska

Laboratorium Studenckie

• ĆWICZENIE 38

TEMAT: Oznaczanie chlorków przy użyciu elektrody jonoselektywnej

Opracowały:

Natalia Matkowska

Alicja Kudła

Wstęp teoretyczny:

Elektrody jonoselektywne mają zastosowanie przede wszystkim tam, gdzie jest wymagane szybkie i masowe oznaczanie jonów, np. w badaniach biologicznych. Elektrody te są to elektrody wskaźnikowe, lub inaczej membranowe- istotną ich częścią jest zawsze stała lub ciekła membrana.

Potencjał elektrod jonoselektywnych składa się z potencjału na granicy faz membrana-roztwór, uwarunkowanego wymianą jonową między roztworem a membraną oraz potencjału dyfuzyjnego, który wynika z procesów zachodzących w membranie lub jej warstwie przylegającej do roztworu. Wspólną cechą elektrod membranowych jest to, że nie są całkowicie specyficzne- na ich potencjał ma wpływ stężenie jonu oznaczanego i obecność innych jonów. Wpływ ten jest zależny od stosunku aktywności (stężeń) jonu oznaczanego do jonu przeszkadzającego.

Potencjał elektrody membranowej określa równanie:

gdzie:

a_i - aktywność jonu, na który elektroda jest czuła

a_j - aktywność jonu przeszkadzającego

n - ładunek jonu oznaczanego /i/

z - ładunek jonu przeszkadzającego /j/

K_ij - współczynnik selektywności

W przypadku elektrod szklanych, krystalicznych i heterogennych wpływ na potencjał ma stosunek ruchliwości jonów (n_i i n_j) w fazie membrany. Współczynnik selektywności K_ij zostaje wówczas zastąpiony przez iloczyn stosunku ruchliwości jonów w membranie i stałej równowagi /K'/ reakcji wymiany jonów oznaczanego i przeszkadzającego między roztworem a stałym składnikiem membrany.

W przypadku elektrod krystalicznych i heterogennych, opartych na trudno rozpuszczalnych osadach tego samego typu związków, współczynnik selektywności zależy od stosunku iloczynów rozpuszczalności odpowiednich osadów.

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było oznaczenie zawartości chlorków w wodzie badanej metodą pomiaru wartości siły elektromotorycznej ogniwa w układzie jonoselektywna elektroda chlorkowa, roztwór badany, elektroda odniesienia.

Wykonanie ćwiczenia

Przygotowanie roztworów wzorcowych:

Roztwór wzorcowy podstawowy, którego 1 cm³ zawiera 5 mg jonu chlorkowego. W kolbie pomiarowej pojemności 1 dm³ rozpuszczaliśmy w wodzie destylowanej 8,278 g chlorku sodowego, uzupełnialiśmy do kreski i mieszaliśmy.

Roztwór wzorcowy roboczy, którego 1 cm³ zawiera 1 mg jonu chlorkowego. Do kolby pomiarowej pojemności 100 cm³ odmierzaliśmy 20,0 cm³ podstawowego roztworu wzorcowego chlorku sodowego, uzupełnialiśmy wodą destylowaną do kreski i wymieszaliśmy.

Przygotowanie skali wzorców i sporządzenie krzywej wzorcowej.

Nr próbki	cCl- [mg/dm^3]	Objętość dodawanego wzorca [cm ^3]		ln cCl-	Wartość siły elektromotorycznej E [Mv]
						Roztwór roboczy o stężeniu 1 mg Cl^-/cm^3	Roztwór podstawowy o stężeniu 5mg Cl^-/cm^3
1	5	0,5	0	1,61	0,0426
2	10	1,0	0	2,3	0,0449
3	25	2,5	0	3,22	0,0506
4	50	5,0	0	3,91	0,0517
5	100	0	2,0	4,61	0,0617
6	250	0	5,0	5,52	0,0690
7	500	0	10,0	6,21	0,0749

Wartość siły elektromotorycznej wody badanej: 0,0707 mV oraz 0,0705mV

lnc_Cl- = 5,95 c_Cl- = e^5,95 c_Cl- = 376,8 mg/dm³

WNIOSEK:

Zawartość jonów chlorkowych w badanej wodzie wyznaczona metodą pomiaru wartości siły elektromotorycznej ogniwa wynosi 376,8 mg/dm³.

Określenie postaci kompleksów kadmowych w badanych wodach.

Obliczenie ułamków molowych poszczególnych postaci akwakompleksów

W wodzie występuje 5 postaci kompleksów kadmowych: [Cd(H₂O)₄²⁺], [Cd(H₂O)₃ Cl ⁺], [Cd(H₂O)₂ Cl₂ ],.[Cd(H₂O) Cl₃^-], [CdCl₄^2-].

[Cd(H₂O)₄²⁺] =

[Cd(H₂O)₃ Cl ⁺ ] =

[Cd(H₂O)₂ Cl₂ ] =

[Cd(H₂O) Cl₃^-] =

[CdCl₄^2-] =

α₁=

[Cl^-]	log [Cl^-]	α1	α 2	α 3	α 4	α 5
0,05	-1,30103	0,171	0,677	0,137	0,014	0,0004
0,1	-1	0,078	0,618	0,250	0,050	0,0029
0,15	-0,82391	0,044	0,529	0,321	0,096	0,0085
0,2	-0,69897	0,028	0,447	0,362	0,145	0,0172
0,25	-0,60206	0,019	0,378	0,383	0,191	0,0284
0,3	-0,52288	0,013	0,321	0,390	0,234	0,0416
0,35	-0,45593	0,009	0,274	0,388	0,272	0,0564
0,4	-0,39794	0,007	0,235	0,381	0,305	0,0723
0,45	-0,34679	0,005	0,203	0,370	0,333	0,0889
0,5	-0,30103	0,004	0,176	0,357	0,357	0,1059
0,55	-0,25964	0,003	0,154	0,343	0,377	0,1230
0,6	-0,22185	0,002	0,135	0,328	0,394	0,1402

WNIOSKI:

W badanej wodzie znajduje się najwięcej kompleksów kadmowych o postaci [Cd(H₂O)₃ Cl ⁺], a najmniej [CdCl₄^2-]. Ułamki molowe kompleksów: [Cd(H₂O)₄²⁺], [Cd(H₂O)₃ Cl ⁺] maleją wraz ze wzrostem stężenia jonów Cl^-, natomiast ułamki molowe kompleksów:

[Cd(H₂O)₂ Cl₂ ],.[Cd(H₂O) Cl₃^-], [CdCl₄^2-] rosną wraz ze wzrostem Cl^-.

Określenie rozpuszczalności ditlenu w badanych wodach:

dla T=273K

A= -1,3529996*10²

B=1,572288*10⁵

C=-6,637149*10⁷

D=1,243678*10¹⁰

E= -8,621061*10¹¹

F=2,0573*10^-2

G= -12,142

H=2,3631*10³

ln_cO2 =

ln_cO2 = -449,916+456,045-0,003=6,126

c_o2= 457,602[μmol/l]=0,00457602[mol/l]

dla T=293K

A= -1,3529996*10²

B=1,572288*10⁵

C=-6,637149*10⁷

D=1,243678*10¹⁰

E= -8,621061*10¹¹

F=2,0573*10^-2

G= -12,142

ln_cO2 =

ln_cO2 =5,651

c_o2=284,576[μmol/l]=0,00284576[mol/l]

---