Кулонометрический метод анализа

Прямая кулонометрия

Основу кулонометрического метода анализа составляет электропревращение исследуемого вещества на электроде, что говорит о пригодности данного метода только для электроактивных веществ.

Рассмотрим установку для прямой кулонометрии.

Рисунок 1. Схема установки для прямой кулонометрии. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Она состоит из: кулонометрической ячейки (1), источника постоянного напряжения - потенциостата (2), вольтметра (3), амперметра (4) и устройства для измерения количества электричества (5).

Кулонометрическую ячейку подсоединяют к потенциостату. Электролиз ведется до тех пор, пока сила тока, которая контролируется амперметром, не уменьшится до менее значительной величины.

Выделяют два вида прямой кулонометрии:

1. Гальваностатическая кулонометрия (постоянная сила тока). Анализируемое вещество предварительно осаждают на электрод в виде металла/оксида. С течением времени оно будет растворяться в ходе электролиза. При полном удалении определяемого вещества с электрода будет зафиксирован скачок потенциала, который и будет свидетельствовать об окончании электропревращения. Массу вещества определяют по измерению времени до скачка потенциала.

2. Потенциостатическая кулонометрия (постоянный потенциал). При постоянном потенциале сила тока в ячейке, как и концентрация электроактивного компонента, уменьшается. Электролиз проводится до тех пор, пока не будет достигнута остаточная сила тока. Функциональная зависимость силы тока от времени используется для определения количества электричества, пошедшего через цепь, и массы анализируемого вещества в соответствии с законом Фарадея:

   • $\mathrm {Q = I \cdot t}$
   • $\mathrm {m = \frac {M \cdot Q}{z \cdot F}}$

Кулонометрическое титрование

Кулонометрическое титрование основано на получении титранта с его последующим взаимодействием с определяемым веществом. Титрант называют электрогенерированным, а электрод, на котором его получают - генераторным.

Условием протекания электролиза является постоянная сила тока. Это возможно, потому что количество вспомогательного реагента, из которого получается титрант, можно взять в избытке (для обеспечения 100% выхода по току). Вследствие этого изменение его концентрации, как и изменение потенциала электрода, будет незначительным, что позволяет обезопаситься от протекания сопутствующих электрохимических реакций.

Рисунок 2. Вспомогательные реагенты. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Для точного фиксирования конца титрования используют химические индикаторы для визуального установления конца титрования, а также инструментальные методы (потенциометрию, амперометрию, спекторофотометрию).

Установка для кулонометрического титрования выглядит следующим образом:

Рисунок 3. Схема установки для кулонометрического титрования. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Здесь:

• 1 - кулонометрическая ячейка,
• 2 - гальваностат (источник постоянного тока),
• 3 – амперметр,
• 4 - электрохронометр (измеряет время электролиза).

К преимуществам кулонометрического титрования относятся:

• отсутствие необходимости в стандартизации, хранении и приготовлении титранта;
• метод позволяет оценить количество определяемого вещества, а не его концентрацию;
• титрант легче дозировать.