Elektrokimyoviy analiz usullari faniga kirish

Elektrokimyoviy analiz usullari faniga kirish

Elektrokimyo - fan va texnikaning nisbatan yangi sohasi hisoblanadi. Elektrokimyoning fan sifatida vujudga kelishi XVIII -XIX asrlar oxirida Galvani, Volta va Petrovlarning nomlari bilan bog'liq bo’lib, elektrokimyoviy (galvanik) elementlarni topdi va tadqiq qildi. Devi va Faradey XIX asrning birinchi yarmida. elektrolizni o'rganganlar. XIX-asr oxirida elektrokimyoning jadal rivojlanishiga. Arreniusning elektrolitik dissotsilanish nazariyasining paydo bo'lishi (1887) va Nernstning elektrod jarayonlarining termodinamikasi haqidagi ishi bilan bog'liq. Arrenius nazariyasi elektrostatik nazariyani ishlab chiqqan Debay va Gyukellar (1923) tomonidan rivojlantiriladi.

Elektrokimyoning predmeti - bu eritmalar orqali tok o'tganda elektrodlarda sodir bo'ladigan jarayonlar - elektrod jarayonlari hisoblanadi. Elektrokimyoning ikkita asosiy bo'limini ajratish mumkin: elektrod-eritma tizimlarining muvozanat holatini qamrab oluvchi elektrod jarayonlarining termodinamikasi va bu jarayonlarning o'z vaqtida ketishi qonuniyatlarini o'rganadigan elektrod jarayonlarining kinetikasi. Elektrokimyoviy tadqiqotlarning predmeti ham elektrolitlar va ularda o'rnatiladigan muvozanatdir.

Ko'pchilik kimyoviy reaksiyalar energiya faqat tashqaridan berilganda sodir bo'ladi. Ular ko'pincha tashqi tok manbaiga ulangan elektrodlarda elektrolitik yacheykalarda (elektrolizyorlarda) o'tkaziladi. Bu reaksiyalarni o'rganish turli moddalarning tabiati va xossalari to'g'risida ma'lumot beradi, shuningdek, elektrosintez yordamida yangi kimyoviy birikmalar olish imkonini beradi. Elektrokimyoviy jarayonlar sanoatda keng qo'llaniladi. Misol sifatida, xlor va alyuminiy ishlab chiqarish, galvanik qoplama olish va elektroekstraksiyalash kabilarni keltirish mumkin. Kimyoviy energiyani elektr energiyasiga aylantirib beruvchi galvanik elementlar tok manbalari bo’lib, akkumulyator va batereyalar, shuningdek yoqilg'i elementlari asosini tashkil qiladi. Elektrokimyo boshqa elektr hodisalarini ham o'rganadi: elektrolit eritmalardagi ionlarning harakati va bunday eritmalar orqali tok o'tishi; ionlarning elektr maydonida ionlarning ajralishi (elektroforez); orqali tokning o'tishi; ionlarni elektr maydonida ajratish (elektroforez); metallarning korroziyasi va passivlanishi; biologik tizimlardagi elektr

effektlari (bioelektrokimyo); fotoelektrokimyoviy jarayonlar (yorug'likning yacheykalardagi elektrokimyoviy reaksiyalarga ta'siri).

Elektrokimyoviy reaksiyalar kimyoviy reaksiyalardan ikkita asosiy farqqa ega:

Birinchidan, reaktsiya ishtirokchilari fazoda ajralishadi turadi; reagentlarning o'zaro ta'siri elektronlar ishtirokida turli elektrodlarda sodir bo'ladi ya’ni bir elektrodda oksidlanish jarayoni, ikkinchisida esa qaytarilish jarayoni.

Ikkinchidan, elektrokimyoviy jarayonlarda energiyaning kimyoviy va elektr shakllarining o'zaro o'zgarishi sodir bo'lishi mumkin.

Bu farqlarni hisobga olgan holda, fizikaviy kimyoning bo'limi sifatida elektrokimyoning ikkita ta'rifi paydo bo'ldi:

–elektrokimyo – energiyaning kimyoviy va elektr shakllarining o'zaro o'zgarishi qonuniyatlarini o'rganadigan fan.

–elektrokimyo – erkin elektronlar ishtirokida sodir bo'ladigan elektrod-elektrolitlar oralig'idagi moddalarning o'zgarishini o'rganadigan kimyo fanining bir qismidir.

Birinchi ta'rif, avvalroq, V. Ostvald va V.A. Kistyakovskiylarga tegishli bo’lib, masalaning energetik tomonlar haqida fikr yuritiladi. Ikkinchi ta'rifda moddalar haqida gapirladi va u akademik A.N. Frumkinga (Rossiya Fanlar akademiyasining fizik kimyo va elektrokimyo instituti nomida) tegishlidir.

Analitik kimyoning alohida bo'limi elektrokimyoviy jarayonlar - analizning elektrokimyoviy usullaridan foydalanishga asoslangan.

Elektrokimyoviy analiz usullari-bu o'rganilayotgan muhitda yoki interfeysda sodir bo'ladigan elektrokimyoviy hodisalarga asoslangan va analitning tuzilishi, kimyoviy tarkibi yoki konsentratsiyasining o'zgarishi bilan bog'liq bo'lgan sifat va miqdoriy analiz usullarining to’plamidan iboratdir

Elektrokimyoviy analiz usullari (EAU) elektrodlar sirtida yoki elektrodlar orasida sodir bo'ladigan jarayonlarga asoslangan. Agar metall elektrolitlar eritmasiga (eritma yoki ionlarga ega bo’lgan suyuqlanmasiga) botirilsa, unda har doim potentsial paydo bo'ladi.

Potentsialning qiymati potentsialni aniqlaydigan ionlarning kontsentratsiyasi bilan belgilanadi va doimiy sharoitda u doimiy, ya'ni. U muvozanat holatidagi tizim holatini aks ettiradi. Muvozanatdan farq qiladigan (ko'proq salbiy yoki ko'proq ijobiy) elektrodga tashqaridan potentsial berilganda, tizim bu holatni o'zgartirish orqali uning o'rnini to'ldirishga intiladi va unda tegishli jarayonlar (oksidlanish yoki qaytarilish) ro'y bera boshlaydi, ya'ni tok paydo bo’ladi; bu holda, elektrod allaqachon tizimga ta'sir qilish vositasi bo’lib xizmat qiladi.

Bunga muvofiq, elektrokimyoviy analizlarni o'tkazishda elektrod potentsialining funksional bog'liqligi, tok kuchi, elektr o'tkazuvchanligi

(qarshilik) eritmadagi aniqlanadigan moddaning kontsentratsiyasiga bog'liq yoki bu kattaliklar titrlashning oxirgi nuqtasini aniqlash uchun o'lchanadi. Boshqacha qilib aytganda, EAU dagi analitik signal - bu elektr kattalik (potentsial, tok kuchi, qarshilik va boshqalar), funksional jihatdan eritmadagi analitning kontsentratsiyasi bilan bog'liq va o'lchovlarni to'g'ri amalga oshirish uchun javob beradi.

O'lchanadigan kattalikka bog’liq holda, elektrokimyoviy analiz usullarini quyidagicha tasniflash mumkin:

O’lchanadigan kattalik	O’lchash sharoiti	Usul
Potensial, E, V,	I=0	Potensiometriya
Tok, 1, mkA, mA	I=f(E berilgan)	Voltamperometriya
Elektr miqdori, Q, Kl	I=const yoki E=const	Kulonometriya
Solishtirma elektr	I1000 Gst	Konduktometriya
o’tkazuvchanlik
Massa, m, g.	I=const yoki E=const	Elektrogravmetriya

Potentsiometriya - qaytar elektrokimyoviy zanjirdagi elektr yurituvchi kuchni (EYuK) ni o'lchashga asoslangan usullar guruhi bo’lib, bunda ishchi elektrodning potentsiali muvozanat qiymatiga yaqin. Potensiometriya oksidlanish -qaytarilish, ionometriya va potentsiometrik titrlashni o'z ichiga oladi.

Voltamperometriya - ishchi elektrodning potentsiali muvozanat qiymatidan sezilarli darajada farq qilganda, polarizatsiya tokining elektrokimyoviy yacheykaga beriladigan kuchlanishga bog'liqligini o'rganishga asoslangan usullar guruhi. Bu eritmalar va suyuqlanmalardagi moddalarni aniqlash uchun keng qo'llaniladigan barcha elektrokimyoviy analiz usullarining eng katta guruhi.

Kulonometriya Faradey qonunlariga muvofiq elektrokimyoviy reaksiya paytida elektrodga chiqarilgan moddaning miqdorini o'lchashga asoslangan analiz usullarini birlashtiradi. Kulometriyada ishchi elektrodning potentsiali muvozanat qiymatidan farq qiladi. Potentsiostatik va galvanostatik kulometriya kabi turlarga ajratiladi. Ikkinchisiga bevosita va inversion usullari, elektroanaliz va kulonometrik titrlash kiradi.

Elektrogravimetriya - bu doimiy elektr toki ta'sirida tekshiriladigan eritmaga botirilgan elektrodlarga cho’ktirilgan metallar (yoki ularning oksidlari) massasini o'lchashga asoslangan miqdoriy analiz usuli.

Konduktometriya-elektrolit eritmalarining (suvli va suvsiz eritmalar, kolloid tizimlar, suyuqlanmalar, qattiq moddalar) elektr o'tkazuvchanligini o'lchaydigan usullar guruhi. Konduktometrik analiz

elektrodlararo sohadagi muhitning konsentratsiyasi yoki kimyoviy tarkibining o'zgarishini aniqlashga asoslangan; u odatda muvozanat qiymatiga yaqin bo'lgan elektrodning potentsiali bilan bog'liq emas. Konduktometriya bevosita analiz usullarini va doimiy yoki o'zgaruvchan tokdan (past va yuqori chastotali) foydalanadigan bilvosita usullarini, shuningdek xronokonduktometriya, past chastotali va yuqori chastotali titrlashni o'z ichiga oladi.

Dielkometriya dipol momenti bilan zarrachalarning (molekulalarning, ionlarning) elektr maydoniga yo'naltirilganligi tufayli moddaning dielektrik o’tkazuvchanligini o'lchashga asoslangan analiz usullarini birlashtiradi. Dielkometriya usullari dielektriklarning tozaligini nazorat qilish uchun, masalan, kam miqdordagi namlikni aniqlash uchun ishlatiladi.