Sähkögravimetria

Elektrogravimetria on fysikaalinen menetelmä näytteen kvantitatiiviseen analysointiin ja edustaa erityistä elektrolyysisovellusta.Ensimmäinen soveltamismenetelmä palaa Wolcott Gibbsiin .

Periaatteet

Kokeellinen asennus

Sähkögravimetriassa, kuten gravimetriassa , aineen pitoisuus mitataan painon avulla. Tätä varten etsittävä aine on ensin saostettava liuoksesta. In electrogravimetry, elektronit käytetään kuin saostusaineen sijasta kemiallista lisäainetta, kuten gravimetrisesti . Määritettävä metalli kerrostuu katodille . Määrän määrittämiseksi suolisto dist. Vedellä pesty ja myöhemmin kuivattu katodi, jokainen punnittiin huolellisesti ennen elektrolyysiä ja sen jälkeen. Platinaverkko valitaan yleensä katodiksi ja platinaspiraali anodiksi.

Kloridi ja erityisesti nitraatti-ionit voivat vaikuttaa haitallisesti analyysin tulokseen. Anodin hapettuminen on helposti mahdollista. Siksi elektrolyysi suoritetaan yleensä rikkihappoliuoksessa.

Anodin hapen ylijännitteen tuntemus on erittäin tärkeää sähkögravimetrialle (katso elektrolyysi ). Anodimetallin (platina tai platinalla päällystetty grafiitti) ja virrantiheyden mukaan myös ylijännite eroaa.

Anodissa vesi hajotetaan happi- ja hydroniumioneiksi. Jos liuos ei ollut etukäteen voimakkaasti hapan (tai emäksinen), pH-arvo voi laskea elektrolyysin aikana. Tällä on tärkeä vaikutus veden hajoamisjännitteeseen (äärimmäisissä tapauksissa tämä johtaa noin 0,8 V: n jännitteen nousuun). Metalli-ionipitoisuuden muutoksella elektrolyysin aikana on myös pieni vaikutus valittuun jännitteeseen (enintään 0,2 V).

Lämpötiloissa 50-60 ° C johtokyky (1 ° C: n lämpötilan nousu lisää johtavuutta noin yhdellä prosentilla), mikä tarkoittaa, että voidaan saavuttaa suuremmat virrat ja nopeampi kerrostuminen. Myös jatkuvaa sekoittamista suositellaan, jotta diffuusiokerros vähenee. Depolarisaattoreiden (pelkistävien tai hapettavien aineiden, kuten hydratsiinin tai nitraatin) käyttöä suositellaan myös. Depolarisaattorit voivat estää vedyn tai hapen kertymisen.

Käytettävä jännite voidaan laskea tietämyksellä normaalipotentiaalista. Se, voidaanko elementit erottaa, riippuu sähkökemiallisen sarjan normaalista potentiaalista. Hajoamisjännitteiden tulisi erota vähintään 200 mV, jotta elementti voidaan erottaa kokonaan. Esimerkiksi hopea , kupari , nikkeli , sinkki , lyijy , tina voidaan erottaa toisistaan.

Koska hopea ja kupari määritetään kuitenkin usein sähkögravimetrisesti nitraatti-ionien läsnä ollessa, tässä tapauksessa on lisättävä esimerkiksi etanolia (joka hapetetaan anodissa). Hopeaa voidaan joskus saada vain (ellei syanidi-ioneja ole läsnä) rakeisen sakan muodossa, joka joskus putoaa elektrodista. Erityisesti hopean ja kuparin gravimetrinen määritys on kuitenkin erittäin suosittua, koska muiden metallien kerrostumia ei voi esiintyä tällä potentiaalialueella.

Sinkkiä, nikkeliä ja muita metalleja määritettäessä on vältettävä nitraatti- ja kloridi-ionien läsnäoloa (tupakointi, erottaminen anioninvaihtimilla). Lyijy kertyy melkein yksinomaan lyijidioksidina anodille.

Kun talletetaan perusmetalleja, platinaelektrodi tulisi olla kuparipinnoitettu. Sähkögravimetriset erotukset voidaan suorittaa vakiovirralla tai vakiojännitteellä. Virran tiheys on välillä 5 ja 50 mA / cm ² . Suuremmat virrantiheydet johtavat epäpuhtaisiin kerroksiin, joissa on vieraita sulkeumia. Jos jännite pidetään vakiona potentiostaatin avulla, virran voimakkuus putoaa melkein nollaan materiaalierotuksen lopussa.

Esimerkki: Nikkeli (II) -määritys

Nikkeliä (II) sisältävä näyteliuos ammoniakki / ammoniumnitraatti - puskurilla noin pH: ssa toi kymmenennen Tämä luo heksaamiini- nikkeli (II) -kompleksin. Kun noin 3 V: n hajoamisjännite asetetaan, nikkeli (II) pelkistetään sähkökemiallisesti platinakatodissa ja kiinteä, hienojakoinen nikkeli kerrostuu. Vastineeksi happea muodostuu platina-anodiin. Koska kloridi hapetetaan myös anodissa ( klooriksi ), vain jälkiä voi olla läsnä. Muuten tupakoit etukäteen kons. Kanssa. Typpihappo .

• ${\ displaystyle \ mathrm {[Ni (NH_ {3}) _ {6}] ^ {2 +} + 2 \, e ^ {-} \ rightarrow Ni \ alakohta +6 \, NH_ {3}}}$

• ${\ displaystyle \ mathrm {4 \, OH ^ {-} \ oikeanpuoleinen nuoli 2 \, H_ {2} O + O_ {2} \ ylöspäin +4 \, e ^ {-}}}$

Faradayn lakia käytetään suhteuttamaan käytettyjen elektronien lukumäärä , varauksen Q määrä saostuneen aineen määrään .

${\ displaystyle m = {M \ cdot Q \ yli z \ cdot F}}$

jossa:

• ${\ displaystyle m}$ saostuneen aineen massa
• ${\ displaystyle M}$moolimassa saostunut aine
• ${\ displaystyle Q}$varauksen määrän ( ampeeriluku kertaa aika)
• ${\ displaystyle z}$siirrettyjen elektronien määrä kaavan muunnosta kohti
• ${\ displaystyle F}$Faradayn vakio = 96485 As / mol

kirjallisuus

• Georg Schwedt: Analyyttinen kemia. Wiley-VCH Verlagsgesellschaft, 2. painos, Weinheim 2008, ISBN 978-3-527-31206-1 , s. 170 ja sitä seuraavat.
• A. Schleicher: Sähköanalyyttiset nopeat menetelmät. Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart 1947

nettilinkit

• Kokeet

Yksittäiset todisteet

1. ↑ Georg Schwedt: Analytische Chemie, Wiley-VCH, 2. painos 2008, s. 170 ja sitä seuraavia.