Mavzu: Galvanik elamentlar termodinamikasi mundarija kirish

1.6 Potentsiometriya. pH ni potensiometrik aniqlash
Vodorod ionlari koʻpgina kimyoviy va biokimyoviy jarayonlarga ta`sir koʻrsatadi. Shu sababli laboratoriya va ishlab chiqarish sharoitidagi izlanishlarda vodorod ionlarining kontsentratsiyasini aniq oʻlchash va bu qiymatning miqdorini boshqarib borish muhim ahamiyatga ega. Eritmadagi vodorod ionlari kontsentratsiyasini ifodalashning qulay usuli vodorod koʻrsatkichi pH ni aniqlashdir. Eritmadagi vodorod ionlari kontsentratsiyasining manfiy ishorali logarifmi – pH dir:

(1.6.1)

Aslida tajribada vodorod ionlari kontsentratsiyasi emas, balki ularning aktivligi ( ) topiladi. SHu sababli (51) holida yoziladi. Biroq, amaliyotda suyultirilgan eritmalar bilan ishlanganda vodorod ionlarining aktivligi va kontsentratsiyasi orasidagi farq e`tiborga olinmaydi.
p H - ni aniqlashda kalorimetrik va potentsiometrik usullardan foydalaniladi. pH ni potentsiometrik usulda oʻlchash ancha aniq usul hisoblanadi(15.2-rasm).
1.6.1-rasm. Kalomel va vodorod elektrodlaridan tashkil topgan galvaniq zanjir.

pH ni potentsiometrik usulda aniqlashda elektrod potentsiali ma`lum boʻlgan taqqoslash elektrodi va potentsiali vodorod ionlari kontsentratsiyasiga bog``liq boʻlgan elektroddan tashkil topgan elementning EYUK oʻlchanadi. Potentsiali ma`lum boʻlgan elektrod sifatida koʻpincha kalomel yoki xlor-kumush elektrodi ishlatiladi. Tekshiriluvchi elektrod sifatida esa vodorod, xingidron, shisha va surma elektrodlaridagi birontasi qoʻllaniladi. Vodorod elektrodi bilan ishlanganda kalomel va vodorod elektrodlaridan tashkil topgan galvaniq zanjir yig`iladi

Расм - 9

(1.6.2)

Kompensatsion usulda bu zanjirning EYUK aniqlanadi. Ma`lumki vodorod- kalomel zanjirining EYUK:

boʻlgani uchun

Toʻyingan kalomel elektrodining berilgan temperaturadagi potentsiali jadvaldan olinadi. n va kal qiymatlarini oʻrniga qoʻysak:

boʻlgani uchun

(1.6.3)

bundan

(1.6.4)

Shunday qilib, vodorod-kalomel zanjirning EYUK ni aniqlab, formula (1.6.4) orqali eritma pH qiymati topiladi. Eritmaning pH qiymatini xingidron elektrodi yordamida ham aniqlash mumkin.
Xingidron elektrodi: – xingidron kukuni solib eritilgan va toʻyingan tekshiriluvchi eritmaga tushirilgan silliq platina elektrodidir (19-rasm).

1.6.2-rasm. Xingidron elektrodi. Xingidron elektrodi

Xingidron, bu – ekvimolekulyar nisbatda olingan xinon va gidroxinon aralashmasidir. Xingidron elektrodi qaytar oksidlanish-qaytarilish (redoks) sistemasidir.

	(1.6.5)
Xinon Gidroxinon

Xingidron elektrodining potentsiali ushbu tenglama bilan ifodalanadi:

Reaktsiya (1.6.5) dagi muvozanat boshqa oksidlanish-qaytarilish sistemalari bor boʻlgan sharoitda buzilmaydi deb inobatga olsak, nisbati doimiy va birga teng deb qabul qilsak boʻladi.

U holda Xingidron elektrodi indiqator elektrodi sifatida gacha ta`sir koʻrsata oladi. Bunday elektrod oddiygina tayyorlanadi: yaltiroq platina simi yoki plastinkasi tekshiriluvchi eritmaga tushiriladi. Uni taqqoslash elektrodi bilan birga oddiygina potentsiometrik sxemada qoʻllash mumkin. Elektrodda muvozanat bir zumda vujudga keladi. U mikroanalizda qoʻllanishi mumkin. Biroq bu elektrod faqat pHning qiymati 8 gacha boʻlsa ishlaydi; boʻlganda nisbatidagi doimiylik buziladi; boʻlganda, hatto atmosfera kislorodi ham muhitni aniqlashga xalaqit qiladi. Xingidron elektrodi yordamida pH aniqlanganda kompensatsion usulda xingidron-kalomel zanjirining EYUK oʻlchanadi:

(1.6.6)

formula (1.6.6) ni nazarda tutib, tenglamani ushbu koʻrinishda yozish mumkin.

	(1.6.7)
	(1.6.8)
	(1.6.9)

Berilgan temperatura uchun farq jadvaldan olinadi.

Koʻpgina oziq-ovqat mahsulotlarining texnologiyalari asosida fermentativ jarayonlar yotadi. Koʻrsatib oʻtilganidek har bir ferment vodorod ionlarining ma’lum bir aniq qiymatlarida, ya’ni muhit pHning aniq qiymatlarida aktivlik namoyon qiladi. Vodorod koʻrsatkichi optimal qiymatidan chetlashishi bilanoq berilgan fermentning aktivligi keskin kamayadi va u ishtirok etadigan biologik jarayon sekinlashadi, hatto butunlay toʻxtab qoladi. Shuning uchun turli fermentativ jarayonlarda pHni bilish muximdir.
Amalda eritmalarning pHini potensiometrik usulda aniqlash keng tarqalgan. Bu usul asosini ba’zi bir elektrodlar potensialining vodorod ionlariga bog`’lanishi tashkil etadi.
Potensiali qandaydir ionning aktivligiga bog`’liq boʻlgan elektrodlar indiqator elektrodlar deyiladi. Muhitning pHni aniqlashda vodorod elektrod indiqator elektrod vazifasini bajaradi. Shuningdek, shisha elektrod ham koʻp qoʻllaniladi. Galvaniq zanjirning ikkinchi elektrodi boʻlib, odatda qandaydir standart elektrod xizmat qiladi. masalan, potensiallari ma’lum boʻlgan kalomel yoki kumush xlorid elektrodlari. Agar pH ni aniqlash uchun vodorod yoki kalomel elektrod olingan boʻlsa, u holda bunday elementning kompensatsion usulda aniqlangan EYuKi quyidagiga teng:
E=E_k – E_n2 yoki E=E_k –0,059 lg a_H⁺

Bundan pH= - lg a_H+=(E-E_k)/0,059.

pH indiqator elektrod sifatida vodorod elektroddan foydalanish ancha qiyin. Bunda vodorod juda toza boʻlishi hatto ozgina miqdorda kislorod izlari ham boʻlmasligi kerak. Eritmada yuqori adsorbilash platina sirtini zaharlash qobiliyatiga ega boʻlgan moddalar boʻlmasligi kerak. Bunday moddalar jumlasiga oltingugurt va surma birikmalari, oqsillar, kuchli oksidlovchi va qaytaruvchilar kiradi. Bo`larning hammasi pHni potensiometrik usulda aniqlash uchun vodorod elektroddan foydalanish imkoniyatini chegaralab qoʻyadi.
Soʻnggi vaqtlarda standart elektrod sifatida oson tayyorlanadigan va ishlatish uchun qulay boʻlgan, shuningdek, oʻz potensialini uzoq vaqt oʻzgartirmaydigan shisha elektrod (1.6.3-rasm) qoʻllaniladi.

Shisha elektrod ichi havol shisha shardan (yoki probirkadan) iborat. Shisha elektrodning Om qarshiligini kamaytirish uchun uning devorlari juda yupqa qilib tayyorlanadi (hozir bu elektrodlar shishaning maxsus xillaridan tayyorlanadi).

Bunday shisha shar ichiga elektr oʻtkazuvchi eritma, masalan, HCI ning 0,1n eritmasi quyiladi va bu eritmaga (shar ichiga) platina sim yoki kumush xlorid bilan qoplangan kumush sim tushiriladi. Shundan soʻng shisha elektrod ishlash uchun tayyor holatga keladi.
Vodorod koʻrsatkichi oʻlchanishi kerak boʻlgan eritmaga shisha elektrod tushirilib, kalomel elektrod tutashtiriladi va shu yoʻl bilan galvaniq element tuziladi. Natijada quyidagi elektrokimyoviy zanjir hosil boʻladi:
Sharsimon shisha elektrod (20-rasm) devorlarining elektr oʻtkazuvchanligi juda kichik, qarshiligi esa juda katta. Shu sababli zanjirning EYuKlarini oʻlchash uchun maxsus elektron qurilmalar- pHmetrlar qoʻllaniladi. Zanjirning EYuKni tajribada oʻlchab va kalomel elektrod potensialini bilgan holda, shisha elektrod potensialini aniqlash mumkin.
Shisha elektrod potensialining tekshirilayotgan eritmadagi vodorod ionlari aktivligiga bog`’lanishi quyidagi tenglama orqali ifodalanadi:
<sub>1.6.10</sub>
bunda K-oʻzgarmas kattalik boʻlib, u elektrod shari tayyorlangan shisha xiliga va kumush xlorid elektrodning potensialiga bog`’liq.
Ishni boshlashdan avval, shisha elektrod kalibrovka qilinishi, ya’ni uning potensialini pH ga bog`’lanish grafigi chizilishi kerak.
Bu shuning uchun talab etiladiki, (1.6.11) tenglamadagi K oʻzgarmas kattalikning qiymati aniq va bu tenglamadan Ye_st ning qiymati boʻyicha pHni bevosita aniqlash mumkin emas. Kalibrobrovkaning mohiyati shundan iboratki, pHining qiymatlari aniq boʻlgan bufer eritmalarining potensiallini (yoki elementning EYUKi oʻlchanadi) va oʻlchash natijalari asosida kalibrovka egri chizig’i chiziladi (1.6.5-rasm).

Odatda pHning 0 dan 10 gacha boʻlgan sohalarida bu bog`’lanish chiziqli va faqatgina pHning katta qiymatlarida bu bog`’lanish toʻg’ri chiziqdan og’adi. Soʻngra shisha elektrodning tekshirilayotgan eritmadagi potensiali aniqlanib, kalibrovka egri chizig’i boʻyicha eritmaning pH qiymati aniqlanadi.

Shisha elektrod vodorod elektrodga nisbatan qator ijobiy xususiyatga ega. Unga eritmadagi turli xil aralashmalar ta’sir etmaydi, zaharlanmaydi va ularni tarkibida kuchli oksidlovchi va qaytaruvchi boʻlgan eritmalar uchun ham qoʻllash mumkin. pHni shisha elektrod yordamida oʻlchashda eritmaga begona moddalar kiritilmaydi va bu biokimyoviy tekshirishlarda muhim ahamiyatga egadir. Uning moʻrtligi yagona kamchiligi hisoblanadi.
Xulosa
Kurs ishini yozilish davrida quyidagicha xulosalarga kelindi:
Fizik kimyoviy analiz usullari
Elektrokimyo analiz usullari
Galvannik elementlar haqida
Galvanik elementlar termodinamikasi
Haqida ma’lumotlar toʻplandi va rejalar tuzilib re’jalarni yoritib berishga harakat qilindi.
Elektrodlar asosan ikki turga boʻlinadi: birinchi tur elektrodlar, ikkinchi tur elektrodlar. Ular quyidagi turlarda mavjud. Gaz elektrodlar, amalgamali elektrodlar, oksidlanish qaytarilish elektrodlari, shisha elektrodlar va hokazo. Birinchi tur elektrodlarning potensiallari elektrod reaksiyasida ishtirok etadigan elementning boshqa-boshqa oksidlanish darajalaridagi formalari konsentratsiyasiga bog’liq boʻladi. Ular jumlasiga potensiallari metall ionlar va metallmas ionlar konsentratsiyalariga bog’liq boʻlgan elektrodlar kiradi.
Metall ionli elektrodlar kationlarga nisbatan qaytar elektrodlar deyiladi. Metallmas ionli elektrodlar esa, anionlarga nisbatan qaytar elektrodlar deyiladi.
Ikkinchi tur elektrodlarda metall sirtini uning yomon eriydigan birikmasi, masalan, xloridi oʻraydi va albatta bir nomli anioni boʻlgan yaxshi eruvchi elektrolit eritmasi boʻladi.
Gaz elektrodlarda elektrod reaksiya gazlar ishtirokida sodir boʻladi.
Gaz elektrod uchun vodorod elektrod, xlor elektrod misol boʻla oladi.
2Cl = Cl₂ + 2e
Kislorodli elektrodda platina elektrodni elektrolit eritmaga botirib, suyuqlik orqali kislorod oʻtkazib turiladi. Elektrod jarayoni.
2H₂O + O₂ + 4e = 4OH^- dan iborat.
Kumush bu - kumush xlorid elektrod sirti kumush xlorid AgCl bilan qoplangan va Cl^- ionlari boʻlgan eritmaga botirilgan kumush elektroddir.
Amalgamali_elektrod. Bu elektrodlarda elektrod materiali sifatida biror metallning simobdagi qotishmasi olinadida, uni shu metall tuzi eritmasiga botiriladi. Bunda eritmaning konsentratsiyasiga bog’liq boʻladi.
Oksidlanish, qaytarilish elektrodlarini tayyorlash uchun biror elementning oksidlangan va qaytarilgan ionlari boʻlgan eritmaga platina elektrod tushiriladi. Elektrod reaksiyalarda H+, OH- ionlar va suv ishtirok etadi.