Chem 28 – analytical chemistry


Download 383.93 Kb.
Pdf ko'rish
bet4/4
Sana22.09.2020
Hajmi383.93 Kb.
#130806
1   2   3   4
Bog'liq
Chem-28-Finals-Reviewer


Reagent 

Oxidatio



Potential 

1° 

Standar



Stability of 

Solution 

Fe (II) 


𝐹𝑒

}m

→ 𝐹𝑒



•m

+ 𝑒


n

-0.77 


K

2

Cr



2

O

7



Fe 


Unstable unless 

protected form 

O2 

Na

2



S

2

O



3

 

2𝑆



}

𝑂



}n

→ 𝑆


ƒ

𝑂

Y



}n

+ 2𝑒


n

0.08 


KIO

3

, I



2

 

Frequent 



standardization 

required 

As(III) 

𝐻



𝐴𝑠𝑂

+ 𝐻



}

𝑂

→ 𝐻



𝐴𝑠𝑂


ƒ

+ 2𝑒


n

-0.56 


AsO

3

, I



2

 

Indefinitely 



stable if acidic  

 

Na

2



S

2

O



3

 – moderately strongreducing agent, widely used to 

determine oxidizing agents by indirect procedure that involves 

I

2



 as an intermediate 

 

 



Potentiometry: 

Potentiometry – a simple, easy to use and inexpensive 

electroanalytical technique based upon potential 

measurements; makes use of a pH meter; involves 

measurements of potential difference between a pair of 

suitable electrodes immersed in a solution to be analyzed 

Potentiometric Methods: 

Reference Electrode (E

ref

) | Salt bridge (E



j

) | Analyte Solution | 

Indicator Electrode (E

ind


𝐸

,+99



=   𝐸

-2/


− 𝐸

*+l


+ 𝐸

Junction Potential – potential that develops across an interface 



between 2 solutions that differ in their electrolyte solution; 

junction potential at 2 ends of a salt bridge tend to cancel each 

other 

Reference Electrodes – half-cells which have a constant 



potential and are completely insensitive or independent of 

composition of the analyte solution 

Indicator/Sensing Electrode – electrode having potential that is 

dependent on analyte solution; should respond rapidly and 

selectively to anaylte of interest; should have reproducible 

response; there is no indicator electrode that is absolutely 

specific in its response  

Types of Indicator Electrodes: 

1.  Standard Hydrogen Electrode (SHE) – troublesome to 

maintain & use 

2.  Calomel RE – Hg | Ag

2

Cl



2

 (satd.), KCl (xM) x = 0.11M and 

satd. ~ 4.6M  

E

SCE



 = 0.244V 

𝐻𝑔

}



𝐶𝑙

}

+ 2𝑒



n

 ↔ 2𝐻𝑔


(9)

+ 2𝐶𝑙


('f)

n

3.  Ag/AgCl RE – Ag | AgCl (satd), KCl (satd.) 



E

Ag/AgCl


 = 0.199V 

𝐴𝑔𝐶𝑙


(()

n

+ 𝑒



n

↔ 𝐴𝑔


(()

+ 𝐶𝑙


('f)

n

4.  Metallic Indicator Electrodes of the 1



st

 Kind – simplest; 

usually constructed from coils of metal wire or flat metal 

plates e.g. Ag and Cu wires 

Pure Metal Electrodes in equilibrium with its cation solution 

𝑋

2m



+ 𝑛𝑒

n

↔ 𝑋



(()

During potentiometric measurement, potential of RE remains 

constant while potential of indicator electrode is proportional to 

activity of analyte as described by the Nernst Equation (valid 

only when essentially no current flows through the cell) 

1

st



 Order Metallic Electrode – responds to its cation 

2

nd



 Order Metallic Electrode – responds to its anion that forms 

a sparingly soluble precipitate or stable complex with their 

cation 

5.  Inert Metallic Electrode – inert metallic electrode for redox 



systems e.g. Pt, Au or C; responds to potential of the 

redox system with which it is in contact 

6.  Membrane Electrodes – p Ion electrode employing a 

selective membrane as a sensing element; most are Ion 

selective electrodes and exhibit good selectivity or specific 

ions based on measurement of potential generated across 

a membrane; selective membrane usually attached to the 

ed of a tube that contains an internal RE 

7.  Glass Electrodes – 1

st

 membrane electrode developed 



and still the most widely employed glass membrane 

electrode for pH measurements; pH sensitive part is a thin 

glass blub at the bottom of the electrode 

Glass Membrane Composition (Corning 015 Glass): 22% Na

2

O. 6% 


CaO, 72% SiO

2

 (specific for H



+

 up to pH  9); can respond 

to cations like Na

+

 and K



+

 at higher pH 

Boundary Potential – basis for pH Measurement 

8.  Solid State Membrane Electrode – consists of an insoluble 

salt/crystal; difference is membrane at the bottom; e.g. 

Fluoride Electrode – the sensing element is a single 

crystal of lanthanum fluoride, LaF

3

, alongside Europium 



Fluoride, EuF

2

 to create lattice vacancies. Such a crystal 



is an ionic conductor by virtue of the nobility of fluoride 

9.  Liquid Membrane Electrode  

10.  Hydrophobic Polymer membrane – saturated liquid ion 

exchanger 

Ionophores – metal macrocyclic ion carrier dissolved in a 

viscous organic membrane; liquid ion exchanger; interacts with 

a pH meter via its internal reference cell; enables the ion of 

interest to penetrate the membrane 

Direct indicator – species selective 

Indirect indicator – ion specific electrodes that react with other 

compounds 

Molecular Selective Electrodes – 2 membranes are used to 

generate response ad each membrane and each has its own 

selectivity characteristics 

2 Types of MSE: 

1.  Gas Sensing Probe – responds to specific gases 

dissolved in solutions; P inside the probe, inert 

sensing element glass electrode; other ion selective 

electrode surrounded by an electrolyte solution 

surrounded by a gas-permeable membrane 

2.  Enzyme Electrodes – constructed by covering a 

surface of MSE with the enzyme immobilized in some 

matrix. The immobilized enzyme catalyzes the 

production of an ion that is detected by the electrode 

response is proportional to the substrate; used for 

diabetes; analyzes glucose using glucose oxidase 

Most popular is the Urea Electrode – urease hydrolyses urea 

and forms ammonia and changes pH; Urea is the first 

compound synthesized; cellophane wrapped around 

the pH electrode 

Combination Electrode – both indicator and reference in the 

same body 

Instruments for Measuring Cell Potentials with High Resistance 

(R Internal = 10

11

 to 10


12

 

Ù) 



Direct reading digital Voltmeter – pH meters/ p Ion meter; ion 

meters 


Direct Potentiometric Measurements – rapid and convenient 

method for determining activity of diferrent cations and anions; 

need standard solutions of known analyte ; needs calibration 

curve 


Conversion in Potentiometry – indicator electrode always 

treated as cathode; RE as anode 

𝐸

,+99


=   𝐸

-2/


− 𝐸

*+l


+ 𝐸

For Cations: 



𝐸

,+99


= 𝑘 −

0.0592


𝑛

𝑝𝑋


𝑝𝑋 = −

𝐸

,+99



− 𝑘

0.0592/𝑛


For Anions: 

𝐸

,+99



= 𝑘 + 

0.0592


𝑛

𝑝𝐴


𝑝𝐴 =

𝐸

,+99



− 𝑘

0.0592/𝑛


Nikolsky Equation: 

𝐸 = 𝐸° −

𝑅𝑇

𝑧

-



𝐹

𝑙𝑛 𝑙𝑛 [𝑎


-

+ ‡


(𝑘

-

𝑗𝑎



)

z



º

z

»



]

 

Nerntian Slope and Selectivity – test for electrodes 



Potentiometric measurements in terms of concentration; 

results differ if the activity used high ionic strength in the 

unknown sample 

Total Ionic Strength Adjustment Buffer (TISAB) – used to 

watch the ionic strength of the analyte solution and that of the 

standards (inert electrolyte) 

Operational Definition of pH (by NIST and IUPAC) – based on 

direct calibration of pH meter with standard buffer followed by 

determination of pH of unknown solution 

𝑝𝐻 𝑠 =


𝐸

(

− 𝑘



0.0592

𝑝𝐻 𝑢 = −


𝐸

:

− 𝑘



0.0592

𝑝𝐻 𝑢 = 𝑝𝐻 𝑠 −

(𝐸

:

− 𝐸



(

)

0.0592



Exact pH: 

𝑝𝐻 = 𝑙𝑜𝑔 𝑙𝑜𝑔 (𝛾



+ [𝐻



m

] ) 


NOISE reacts to one specific compound 

Selectivity Coefficient, K

ij

 – measure of extent of interference of 



a particular ion of a given electrode response; ideally 0 and the 

more selective it is, the closer it is to 0 

a

j

 = interfering ion activity 



z

j

 = charge of interfering ion 



Potentiometric Titration – titrations wherein the potential of a 

suitable electrode is measured as a function of the titrant 

solution; readily automated by autotitrators; usual 

potentiometric set-up but add burette with titrant; E

cell

 

measured and recorded after each addition of titrant 



End Point Detection: 

Direct plot of E vs. V titrant – sigmoidal  

Plot of 

ÄE/ÄV vs. V Titrant -  

Plot of 

Ä

2



E/

ÄV

2



 vs. V Titrant -  

Graphical determination of endpoint – valid if titration curve 

symmetrical about equivalence point and inflection curve 

corresponds to this point; analyte and titrant react in equimolar 

ratio 

 

 



 

 

 



 

 

 



Spectrophotometry: 

Absorption Spectroscopy: 

 

Attenuation of a Beam of Radiation by an Absorbing Solution 



Power of the beam decreases from P

0

 to P (decrease of 



radiant power) 

P

0



 – incident radiant power 

P – transmitted radiant power 

Transmittance, T of solution -  fraction of incident radiation 

transmitted by the solution (often expressed as %T) 

Absorbance, A of a solution: 

𝐴 =   − 𝑙𝑜𝑔 𝑙𝑜𝑔 𝑇  = 𝑙𝑜𝑔 𝑙𝑜𝑔

𝑃

 

𝑃



= 𝑙𝑜𝑔 𝑙𝑜𝑔

𝑃

(19.+2;



𝑃

(19:;-12


 

Bouger’s or Lambert’s Law – transmitted radiant power 

decreases exponentially as path length increases 

𝑑𝑃

𝑑𝑏



=   𝐾

𝑃  −



𝑑𝑃

𝑃

=   𝐾



𝑑𝑏


− ¼

½

½



¾

𝑑𝑃

𝑃



=   𝐾

¼



W

 

𝑑𝑏



𝑙𝑛 𝑙𝑛

𝑃

 



𝑃

=   𝐾


𝑏  𝑙𝑜𝑔 𝑙𝑜𝑔

𝑃

 

𝑃



=   𝐾

}

𝑏 𝐾



}

= 𝑒𝐾


Beer’s Law – the transmitted radiant power decreases 

exponentially as concentration increases (strictly applicable 

only for monochromatic radiation) 

Combined Bouger-Beer’s Law or simply Beer’s Law: 

𝑙𝑜𝑔 𝑙𝑜𝑔


𝑃

 

𝑃



=   𝐾

𝑏𝐶


𝐴 =  𝛼𝑏𝐶 𝐴 =  𝜀𝑏𝐶 𝜀 =  𝛼 𝑥 𝑀𝑊

𝑇 = 


𝑃

𝑃

 



%𝑇 =

𝑃

𝑃



 

𝑥 100%


Application of Beer’s Law to Mixtures: 

Beer’s Law is applicable also to solutions containing more than 

one kind of absorbing substances provided there is no 

interaction that occurs among the various species; total A for 

the multicomponent system is the sum of individual As 

𝐴

ž1;'9



=   𝐴

+ 𝐴



}

+ 𝐴


+ ⋯ + 𝐴


2

𝐴

ž1;'9



=   𝜀

𝑏𝐶



+ 𝜀


}

𝑏𝐶

}



+ 𝜀

𝑏𝐶



+ ⋯ +  𝜀


2

𝑏𝐶

2



Spectroscopic Method for Chemical Analysis – non-

stoichiometric; need a calibration curve 

 

Instrumentation: 



Spectrophotometer – instrument for measuring transmittance 

or absorbance of a sample as a function of  

λ or at a single λ; 

may be manual (single beam) or recording (double beam) 

Basic Components: 

1.  Light Source 

2.  Wavelength Selector 

3.  Sample 

4.  Detector 

5.  Signal Processor and Readout 

Region 

λ 

UV 



180-380 nm 

Visible 


380-780 nm 

Near – IR 

0.78 – 2.5 

ìm 


Mid – IR 

2.5  -50  

ìm 

 Best Light Source for UV – H



2

 & D


2

 Lamps 


Best Light Source for Visible Light – Tungsten Lamps 

Limitations of Beer’s Law: 

1.  only monochromatic light at a single wavelength 

2.  accounted only in relatively concentrated solutions 

(usually >0.01M) 

3.  apparent chemical derivations – when analyte dissociates, 

associates or reacts with a solvent to generate a product 

with a different absorption 

Most common monochromators – gratings (prisms can also be 

used but not often) 

Sample Container – fused silica or quartz 

Detector – transducer (converts one form of signal into 

another) that converts radiant energy into electrical signal; 

photon detectors like phototubes 

Read-Out Device – meter or recorder 

Monochromatic light – same density – equitransparent 

cuvettes  

Master grate – diamond cutter; evenly distributes grooves for 

grating 

Grating rotates – angle changes the 

λ passing through 

Photosensitive surface turns into photon detectors – electrons 

will be emitted. If the electron flows, current is developed. The 

current is converted into voltage since voltage is easily 

increased 

𝑖 = 𝑘𝑉


Standard Addition Method - to minimize effects of sample 

matrix; add one or more increments of standard solution to 

sample aliquots of same size with the same final volume 

Analyte/Sample (V

x

 = aliquot, V



T

 = total volume) 

𝐴





𝜀

W

𝑉



3

𝐶

3



𝑉

ž

Analyte + Standard: 



𝐴

}



𝜀

W

𝑉



3

𝐶

3



𝑉

ž

+



𝜀

W

𝑉



(

𝐶

(



𝑉

ž

Concentration of Sample: 



 

 

P



0

 

P



 

b

 



Absorbing 

Sol’n with 

Conc. C

 


𝐶

L



𝐴

𝐶



(

𝑉

(



(𝐴

}

− 𝐴



)𝑉

3



If weak acid, control pH with a buffer in order to make one form 

predominate by controlling pH  



Download 383.93 Kb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   2   3   4




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling