Основные понятия кулонометрии
Кулонометрия - это электрохимический метод анализа, суть которого заключается в измерении количества электричества, израсходованного на восстановление или окисление исследуемого вещества при электролизе его раствора.
Основу кулонометрии составляет явление электролиза. Это окислительно-восстановительный процесс, который протекает на электродах. При этом пропускается электрический ток через раствор электролита.
Взаимосвязь между количеством вещества, которое участвует в электродном процессе, и количеством затраченного электричества устанавливается с помощью двух законов Фарадея:
- Масса вещества, которая выделяется при электролизе, пропорциональна количеству электричества, которое прошло через раствор.
- При прохождении через раствор одного и того же количества электричества на электродах выделяется одно и то же количество вещества эквивалента.
Данную взаимосвязь можно представить в виде формулы:
$\mathrm {m = \frac {M \cdot Q}{z \cdot F}}$, где:
- m - масса вещества, которое выделяется при электролизе,
- M - молярная масса вещества,
- Q - количество электричества, пропущенного через раствор,
- z - число эквивалентности,
- F - число Фарадея (96500 Кл или $\mathrm {9,65 \cdot 10^{4} Кл/моль}$).
Количество электричества рассчитывается по формуле: $\mathrm {Q = I \cdot t}$ (I - сила тока, t - время электролиза)
На практике электролиз может протекать в течение большего времени, чем это следует из формулы, поэтому выход по току обычно составляет меньше 100 %.
Выход по току рассчитывается следующим образом: $\mathrm { \eta = \frac {m}{m_0} 100}$%, где:
- m - масса вещества, реально полученная при электролизе
- $\mathrm {m_0}$ - масса вещества, которая могла бы получиться в результате, если бы не затрачивалась на сопутствующие процессы
Выделяют два вида кулонометрии:
- прямая кулонометрия - окисление или восстановление определяемого вещества на электроде;
- кулонометрическое титрование (косвенная кулонометрия) - реакция титранта с определяемым веществом.
Область применения
Кулонометрия используется для исследования кинетики химических реакций, анализа металлических покрытий, а также для создания автотитрантов, которые используются для окислительно-восстановительного титрования.
Метод прямой кулонометрии позволяет определить ионы некоторых металлов (свинца, меди, мышьяка и т. д.) и органических соединений.
