Fan va innovatsiya vazirligi andijon davlat universiteti tabiiy fanlar fakulteti

1.3 Potensiometriyada ishlatiladigan elektrodlar
I - tur elektrodlari;
I I - tur elektrodlari;
I I I - tur oksidlanish-qaytarilish (redoks) elektrodlari.
I - tur elektrodlari. Agar metal yoki metaloid o’z ioni bo’lgan eritmaga tushurilsa, hosil bo’lgan elektrodlar I-tur elektrodi deyiladi.
Masalan: Ag|AgNO₃ ; Cu|CuSO₄; Zn|ZnSO₄
Se|Se^{- 2-} va x. k.

Bunday elektrodlar kationga nisbatan qaytar bo’ladi.
- bu esa anionga nisbatan qaytar.
I-tur elektrodlariga gaz elektrodlari xam kiradi; bunday elektrodlar inert metallarni birorbir gaz bilan to’yintirish va tegishli eritmaga tushirish natijasida hosil bo’ladi:
Pt,H₂ | H⁺ ; Pt,Cl₂ | Cl^- ; Pt,O₂ | OH^-
Gaz elektrodlarga asosiy talab elektrod inert bo’lishi, gazni yaxshi yutishi lozim.
Vodorod elektrodi .

Agar platinalangan platina 1 at (101 kPa) vodorod bosimida to’yintirilsa va vodorod ionlarining kontsentratsiyasi 1 ga teng (1 g ekv, 1N, 1 mol) bo’lsa va eritmaga tushurilsa, hosil bo’lgan vodorod elektrodi - normal vodorod elektrodi deyiladi. Uning potentsiali shartli ravishda nul deb qabul qilingan. Boshqa standart (normal) elektrodlar potentsiali normal vodorod elektrodlariga taqqoslab o’lchanadi. Quydagi jadvalda ayrim elektrodlarning standart potentsiallari keltirilgan (T=198 K, muxit - suvli). Vodorod elektrodi yasashda platina plastinkasi elektroliz usuli bilan g’ovak platina qatlami bilan qoplanadi. Bundan asosiy maqsad, platina sathini oshirish, vodorod gazini yaxshi adsorbtsiyalanishini, yutilishini ta’minlashdir. Platina sathiga shimilgan vodorod molekulasi, qisman atomlarga dissotsialanadi: 2H  2H⁺ + 2o’. Potentsial saqlovchi H₂  2H⁺ chegarasida hosil bo’ladi. Boshqacha tushuntirish bo’yicha, platinada erigan vodorod, qisman platina atomlarining maydon kuchlari ta’sirida proton va elektronlarga dissotsialanadi: H₂  2H⁺ + 2e^-. Natijada platina plastinkasi eritma bilan vodorod ioni almashtirish qobiliyatiga ega bo’ladi:
H⁺ (Pt) + H₂O  H₃O⁺ (Pt)
Hosil bo’lgan potentsial eritmadagi vodorod ionlarining va plastinkadagi vodorodning aktivligiga bog’liq:
2H₃O_eritma +2e  H₂ (Pt) + 2H₂O
Platinadagi vodorod aktivligi gaz xolidagi vodorod bosimiga to’g’ri proportsionaldir. Vodorod bosimi qancha katta bo’lsa, shuncha ko’p vodorod platinada erildi: H_{2 gaz}  H_{2 eritma}  H₂ (Pt) 2H⁺
II - tur elektrodlari.Metal o’zining qiyin eriydigan tuzi eritmasiga tushurilsa va eritmadi yana yaxshi eriydigan tuz bo’lsada, uning anioni, yomon eridigan tuz anioniga monand bo’lsa, hosil bo’lgan elektrod II-tur elektrodi deyiladi. Masalan, Ag||AgCl, KCl; Hg||Hg₂Cl₂, KCl. II-tur elektrodlarining potentsiali yaxshi eriydigan tuz kontsentratsiyasiga bog’liq va anionga nisbatan qaytar bo’ladi:

Kalomel elektrodi. Laboratoriyalarda ko’p qo’llaniladi. Uch xil kalomel elektrodi bo’ladi:
1.normal 1N [KCl]
2. 0,1N [KCl]
3.bo’yingan KCl eritmasi

1. 
   platina
   
2. 
   mis simi
   
3. 
   shisha trubkasi
   
4. 
   KCl eritmasi
   
5. 
   pasta
   
6. 
   simob
   

Ularning potentsiallari yillar tursa xam o’zgarmaydi. SHuning uchun kalomel elektrodi vodorod elektrodi o’rnida taqqoslash elektrodi sifatida ishlatiladi. YAna Hg|HgO,KOH mavjud (simob oksidi) Odatda to’yingan KCl eritmasini saqlovchi kalomel elektrodi ko’proq qo’llaniladi. Agar aniq o’lchashlar lozim bo’lsa, 1N KCl eritmasi xam ishlatiladi. Biror bir elektrod potentsiali aniqlanadigan bo’lsa, masalan mis elektrodniki, kalomel elektrodi bilan zanjir tuziladi:

Hg Hg₂Cl₂  CuSO₄ Cu : _kal _Cu: E = _Cu - _kal:
E kompensatsion usulda topiladi, _kal spravochniklardan olinadi _Cu = T + _kal tenglamasi orqali mis elektrodining potentsiali topiladi. E kompensatsion usulda topiladi, _kal spravochniklardan olinadi _Cu = T + _kal tenglamasi orqali mis elektrodining potentsiali topiladi. Xuddi shu kabi rux elektrodining potentsialini topish mumkin:
Zn  ZnSO₄  Hg₂Cl₂, KCl Hg
_Zn _kal
E= _kal - _Zn ; _Zn = _kal -E
III-Oksidlanish-qaytarilish (redoks) elektrodlari va zanjirlar. Inert metall (Ag, Pt) biror bir oksidlangan-qaytarilgan shakldagi ionlar saqlovchi eritmaga tushirilishi natijasida hosil bo’lgan potentsial oksidlanish-qaytarilish yoki redoksi potentsial deyiladi. Inert metall (Ag, Pt) biror bir ionning oksidlangan va qaytarilgan shakllarini saqlovchi eritmaga tushirilgan bo’lsa, hosil bo’lgan elektrod oksidlanish-qaytarilish yoki redoksi elektrodi deyiladi. Redoksi elektrodlardagi inert metall eritma bilan na kation va na anion almashmaydi, faqat eritmada erigan moddalar orasida sodir bo’ladigan oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasi uchun elektron olish yoki berish ta’minlab beradi. Masalan:
Pt | Fe⁺⁺⁺, Fe⁺⁺, Pt | Cr⁺⁺⁺, Cr⁺⁺
Platinani oksidlangan-qaytarilgan shakllarni saqlovchi eritmalarga tushirilsa, oksidlanish-qaytarilish potentsiali vujudga keladi. U qanday vujudga keladi? Fe⁺⁺⁺+ 1e  Fe⁺⁺ (Fe⁺⁺ Fe⁺⁺⁺+ 1e). Demak, sabab, yuqoridaki tenglamaga binoan, sistemaga elektron berilsa, reaktsiya o’nga, agarda elektron sistemadan olinsa, muvozanatni chapga siljitadi; Fe⁺⁺⁺+ 1e  Fe⁺⁺ - 1e, inert metall redoks o’z elektronini berishi yoki aksincha qabul qilib olishi mumkin.
Shisha elektrodi - bu universal elektrod. Uning yordamida ishqoriy muxitda xam pHni aniqlash mumkin. SHisha elektrodida metal plastinkasi o’rnida yupqa shar shaklidagi shisha membrana qo’llaniladi. SHisha yuqori elektr qarshilikka ega bo’lib, tok o’tkazadi. SHisha elektrodning ishlash mexanizmini tushuntirish uchun, Nikolskiy ion almashtirish nazariyasini taklif etdi. SHisha elektrodining asosiy qismi maxsus shishadan yasalgan yupqa devorli shisha sharchadir. Uning ichiga 0,1 n.xlorid kislota eritmasi yoki bufer eritma solinadi va unga kichik o’lchamdagi xlorkumush elektrodi tushiriladi (ichki elektrod). Bu ichki elektrod tok qaytaruvchi bo’lib xizmat qiladi. U elektronlarni eritma ichiga va undan qayta o’tkazadi. Ichki elektrod potentsiali ma’lum bo’ladi. Elektrod eritmaga tushirilganda, elektrod shishasining sathi qatlamiga eritmadan vodorod ionlari jadal suratda kiraboshlaydi. Bu vaqtda shisha tarkibidagi ishqoriy metal ionlari, masalan: Na⁺ siqib chiqariladi.
H⁺_eritma+HNa⁺_shisha  H⁺_shisha+HNa⁺_eritma
Bunday almashini qobiliyati shishaning kimyoviy tarkibiga bog’liq. SHunday shisha yasalganki, sathidagi barcha ishqoriy metallar ioni qariyib, butkul vodorod ionlariga almashinadi (xatto eritmadagi vodorod ionlarining nixoyatda kam bo’lganda xam). H⁺ va Na⁺ ionlarining shisha va eritmadagi energetik xolatlari turlicha bo’lgani uchun H⁺ shisha va eritma orasidagi shunday joylashadiki, ularning sathi qarama-qarshi zaryadga ega bo’ladi. Natijada shisha va eritma orasida potentsiallar farqi vujudga keladi. Uning qiymati eritmadagi vodorod ionlarning aktivligiga bog’liq bo’ladi:


Binobarin, shisha elektrodi xuddi vodorod elektrodi kabi ishlaydi. Chunki uning potentsiali faqat vodorod ionlarning aktivligiga bog’liq. Shisha elektrodining ion almashinish nazariyasi B.P.Nikolskiy va uning ilmiy maktabi tomonidan ishlandi: Shisha elektrodining boshqa pH-indikator elektrodlardan afzalligi:

1. 
   Shisha elektrod potentsiali boshqa oksidlovchi, qaytaruvchilar borligiga bog’liq emas;
   
2. 
   O’lchashda eritmaga boshqa yot moddalar qo’shilmaydi; masalan: vodorod elektrodida vodorod vodorod yuboriladi, xingidron elektrodida xingidron kiritiladi;
   
3. 
   U kimyoviy ta’sirga, jumladan “zaxarlovchi” iflosliklarga xam chidamli;
   
4. 
   Ishlashga qulay.
   

Ionselevtiik elektrodlar. Ion-selektiv elektrod (ISE) - bu ma'lum bir ion yoki ion turi uchun nisbatan yuqori o'ziga xosligi bo'lgan indikator yoki o'lchov elektrodidir. Membran har qanday ISE ning asosiy tarkibiy qismidir. U maqsadli ion va tekshirilayotgan eritmaning doimiy konsentratsiyasi bilan ichki eritmani ajratib turadi. Shu bilan birga, membrana ular orasidagi elektrolitik aloqa vositasi bo'lib xizmat qiladi. Membrana ion almashinish xususiyatiga ega va uning har xil turdagi ionlarga o'tkazuvchanligi har xil. Shunday qilib, ISE'lar - bu ionlarga sezgir membranadan foydalanib, ma'lum bir turdagi ionlarni tanib olishga imkon beradigan va ularning miqdori to'g'risida elektr signal shaklida ma'lumot beradigan analitik qurilmalar - bu ionning faolligi (kontsentratsiyasi) bilan bog'liq bo'lgan potentsial tahlil qilingan eritmada aniqlangan (1-rasm).

1-rasm Ion selevtivlik elektrodlari.
Tahlil qilinayotgan eritmaga botirilgan tashqi mos yozuvlar elektrodidan va ISE dan tashkil topgan tizimning potentsiali o'zgartirilgan Nernst tenglamasi (Nikolskiy-Eyzenman tenglamasi) bilan tavsiflanadi:
. (1.5)
const qaerda? ichki va tashqi mos yozuvlar elektrodlarining standart potentsiallariqiymatlariga va ISE membranasining tabiatiga bog'liq doimiy;
A - aniqlangan A ionining faolligi;
aB - aralashuvchi B ionining faolligi;
ZB - aralashuvchi ionning zaryadi;
K - elektrodning B ioniga nisbatan selektivlik koeffitsienti.
Selektivlik koeffitsienti elektrodning selektivligining miqdoriy tavsifidir. Selektivlik koeffitsienti qancha past bo'lsa, elektrodning o'zi uchun mo'ljallangan ionlar uchun selektivligi shuncha yuqori bo'ladi. Agar selektivlik koeffitsienti, masalan, 10-3 bo'lsa, u holda aniqlangan ion aralashuvchi ionga nisbatan 1000 marta sezgirroq aniqlanadi. Buni shunday tushunish kerakki, K = 10-3 da B ionlarining deyarli 1000 barobar ko'pligi mavjud bo'lganda A ionlarining kontsentratsiyasini aniqlash mumkin, agar selektivlik koeffitsienti K = 1 bo'lsa, u holda aralashadigan va aniqlangan ionlar elektrod potentsialiga bir xil hissa qo'shadi. Agar selektivlik koeffitsienti birlikdan katta bo'lsa, u holda aralashuvchi ion elektrod mo'ljallangan bo'lgan ionga qaraganda afzalroq aniqlanadi. Ushbu parametr deyarli barcha Ca-elektrodlarida qo'llaniladi, ular Zn ++ ga 3 baravar sezgir. Sinov eritmasida juda katta miqdordagi aralashuvchi ionlar mavjud bo'lgan hollarda, ularning konsentratsiyasi kimyoviy yog'ingarchilik, murakkablashuv yoki boshqa shunga o'xshash operatsiyalar bilan oldindan kamayadi. Selektivlik koeffitsientini aniqlashning ikki guruh usullari mavjud: birinchisi individual eritmalarga asoslangan bo'lib, ulardan bittasida faqat A ionlari, ikkinchisida faqat B ionlari mavjud; ikkinchisi - aralash eritmalar yordamida aniqlash. Ion-selektiv elektrodlar quyidagi afzalliklarga ega: ular sinov eritmasiga ta'sir qilmaydi; ko'chma; to'g'ridan-to'g'ri aniqlash uchun ham, titrimetriyadagi ko'rsatkich sifatida ham mos keladi. Membrana turiga qarab ionli selektiv elektrodlarni quyidagi guruhlarga bo'lish mumkin: qattiq elektrodlar - bir hil, heterojen, ion almashinuvchi qatronlar, ko'zoynaklar, cho'kmalar, mono - va polikristallarga asoslangan; xelatlarning suyuq ion almashinuvchilariga asoslangan suyuq elektrodlar - biologik faol moddalarning neytral tashuvchilari; gaz va ferment elektrodlari.
Qattiq membranali elektrodlar. Bunday elektrodlarda membrana yomon eriydigan kristalli moddadan, ionli elektr o'tkazuvchanlik turiga ega. Strukturaviy ravishda elektrod diametri taxminan 1 sm bo'lgan, inert polimerdan (odatda polivinilxlorid) yasalgan naycha bo'lib, uning uchiga ingichka (~ 0,5 mm) membrana yopishtiriladi. Naychaga ichki mos yozuvlar eritmasi quyiladi, unga mos yozuvlar elektrodini botiriladi. Qattiq membranali elektrodlarga quyidagilar kiradi: lantan ftorli elektrod (bitta kristalli LaF3 asosidagi membrana), kumush sulfid elektrodlari, kumush galogenid elektrodlar, ba'zi ikki baravar zaryadlangan metall ionlarining sulfidlariga (xalkogenidlar) asoslangan elektrodlar, shisha elektrodlar.