Реферат на тему Кулонометрия (физико-химический метод анализа)

Содержание:

Введение 3
1. Историческое развитие 5
2. Методика, основные методы 10
3. Современное практическое применение 21
Заключение 26
Список литературы 27

Введение:

Физико-химические методы анализа основаны на том, что анализируемый объект подвергают химическим превращениям, при этом измеряют физико-химические свойства вещества (аналитический сигнал), которые регистрируются приборами. Аналитический сигнал зависит от природы и концентрации определяемого вещества.
Точность физических и химических методов сильно варьируется в зависимости от метода. Кулонометрия имеет самую высокую точность (до 0,001 %), которая базируется на процессе измерения количества электричества, растрачиваемого на электрохимическое окисление либо восстановление определяемого иона либо элемента.
Кулонометрия – единственный метод, который не использует зависимость параметра от концентрации определяемого вещества, что характерно для всякого иного физико-химического метода анализа.
С позиции теоретической основы и прикладных аспектов гальваностатическая кулонометрия является очень широко распространенным методом, в котором основными управляющими параметрами являются время и сила тока. Имеющиеся в настоящее время приборы и устройства позволяют измерять эти параметры с очень высокой точностью. Все это создает предпосылки для разработки высокочувствительных методов кулонометрического определения различных соединений.
Кулонометрические методы определения основаны на законе, устанавливающем зависимость между массой преобразованной электроэнергии и количеством потребляемой электроэнергии. Во многих случаях электрогенерированный кулонометрический титрант вступает в окислительно-восстановительный процесс с органическим субстратом по механизму реакции с электронным носителем. Наиболее эффективными носителями являются ионы металлов переменной валентности и их комплексы: окислители — хром(VI), марганец(III), кобальт(III), церий(IV), ванадий(V), медь(II); восстановители — кобальт(II), хром(II), ванадий(III)| титан(III), железо(II), медь(I), олово(II). Широкий спектр практического применения галогенид-ионов (хлоридных, бромидных и йодид-ионов) отличает их от ряда реагентов для переноса электронов. Галогенид-ионы используются при образовании свободных галогенидов и, кроме того, соответствующих частиц, находящихся в положительной степени окисления, например йода(I), брома (I).
Кулонометрия соединяет методы анализа, базирующиеся на измерении количеств веществ, выделяющихся на электроде в ходе электрохимических реакций на основании законов Фарадея. В области кулонометрии потенциал рабочего электрода отличен от равновесного значения. Существуют потенциостатическая и гальваностатическая кулонометрия, между тем последняя охватывает прямой и инверсионный методы, электроанализы и кулонометрические титрования.
Цель работы – изучить кулонометрию, как физико-химический метод анализа.
В соответствии с поставленной целью в работе требуется решить следующие задачи:
 изучить историческое развитие;
 рассмотреть методику, основные методы ;
 изучить современное практическое применение.

Заключение:

Кулонометрия – это чувствительный, высокоточный метод анализа. В отличие от других физико-химических методов анализа, погрешность кулонометрии составляет всего 0,5%. Этот метод является доступным и не требует дорогостоящего оборудования. Кулонометрический анализ не требует специального высококвалифицированного персонала. Этот метод может быть автоматизирован.
Кулонометрия может быть использована, как для анализа электронно-активных веществ, для определения толщины металлических покрытий, так и для определения неэлектронно-активных веществ, определяющих методы кулонометрического титрования.
Недостатком прямой кулонометрии является длительность метода, необходимость предварительного осаждения определяемого металла на поверхность рабочего электрода.
Недостатком кулонометрического титрования является необходимость выбора метода определения конечной точки титрования.
Кулонометрия может быть использована для анализа микроколичеств обнаруживаемого вещества, например загрязняющих веществ в воде. Метод может быть использован для анализа неорганических и органических кислот и оснований, для определения окислителей и восстановителей.

Фрагмент текста работы:

Историей химической научной области называется часть истории и науки в целом, которую можно изучать в качестве части истории культуры. Ключевыми датами в историческом становлении кулонометрии являются следующие года.
В 1833-1834 годах были изданы законы М. Фарадея, открывшие фундаментальные возможности для химического анализа
1897 г. была создана первая работа Х. Даннела по определению меди при E = const, которая не привлекла на тот момент особого внимания [3].
1917 г. была создана первая работа Г.Г. Гровера при постоянном токе (в определенных изданиях исторического характера она отмечена как первая работа при E = const) [4].
В 1938 году венгерскими химиками Л. Себелледи и З. Шомоди были описаны несколько вариантов кулонометрического титрования. Также может считаться, что они стали первыми употреблять понятие «кулонометрического анализа» [8].
В 1942 году была охарактеризована схема, гарантирующая автоматическое поддержание E = const [7]
Кулонометрический анализ развивается в нашей стране уже более 70 лет. В СССР и России существовал ряд масштабных научных центров, которые проводили исследования в сфере аналитической кулонометрии на повышенном уровне, и ряд центров до сих пор ведут исследования. Долгое время методу кулонометрии уделялось со стороны электроаналитиков гораздо меньше внимания, чем, к примеру, полярография, вольтамперометрия и иным электрохимическим методам. Как и другие методы электроанализа, кулонометрия начала свое развитие при изучении объектов неорганической природы.
История этого метода насчитывает более полутора веков. Основа для создания такого метода – это законы М. Фарадея. Законы электролиза – это количественные соотношения, базирующиеся на электрохимических исследованиях, изданных Фарадеем в 1833-1834 годах.
Фарадей видел возможность рассчитать массу компонента путем измерения тока и времени электролиза любого вещества, в том числе органического, но только в том случае, если они окисляются или восстанавливаются на электроде.
Хотя эти законы открывали фундаментальную возможность анализа веществ, они долгое время не привлекали внимания исследователей, так как в реальных процессах электролиза выход тока всегда был меньше единицы из-за побочных реакций, и не было никаких способов точно измерить количество электричества, прошедшего через электролизер.
Исторически первая работа Даннелла по определению меди при постоянном потенциале с помощью серебряного кулонометра была опубликована только в 1897 году [3], то есть почти через 65 лет после открытия закона Фарадея, но и она осталась незамеченной.
Он определял медь, использовал серебряный кулонометр. Потенциал электролиза стремились поддерживать постоянным. В то время эта работа не привлекла внимания аналитиков, метод стал развиваться только после создания А. Хиклингом в 1941 г. потенциостата – прибора для автоматического поддержания заданного потенциала одного из электродов.
Вторая работа по кулонометрии, но первая по кулонометрическому титрованию (при постоянном токе), была опубликована Гровером только через 20 лет после первой публикации – в 1917 году [5]. Он определял толщину оловянного покрытия на медном электроде, и это было, по существу, первое практическое применение метода.

Историей химической научной области называется часть истории и науки в целом, которую можно изучать в качестве части истории культуры. Ключевыми датами в историческом становлении кулонометрии являются следующие года.
В 1833-1834 годах были изданы законы М. Фарадея, открывшие фундаментальные возможности для химического анализа
1897 г. была создана первая работа Х. Даннела по определению меди при E = const, которая не привлекла на тот момент особого внимания [3].
1917 г. была создана первая работа Г.Г. Гровера при постоянном токе (в определенных изданиях исторического характера она отмечена как первая работа при E = const) [4].
В 1938 году венгерскими химиками Л. Себелледи и З. Шомоди были описаны несколько вариантов кулонометрического титрования. Также может считаться, что они стали первыми употреблять понятие «кулонометрического анализа» [8].
В 1942 году была охарактеризована схема, гарантирующая автоматическое поддержание E = const [7]
Кулонометрический анализ развивается в нашей стране уже более 70 лет. В СССР и России существовал ряд масштабных научных центров, которые проводили исследования в сфере аналитической кулонометрии на повышенном уровне, и ряд центров до сих пор ведут исследования. Долгое время методу кулонометрии уделялось со стороны электроаналитиков гораздо меньше внимания, чем, к примеру, полярография, вольтамперометрия и иным электрохимическим методам. Как и другие методы электроанализа, кулонометрия начала свое развитие при изучении объектов неорганической природы.
История этого метода насчитывает более полутора веков. Основа для создания такого метода – это законы М. Фарадея. Законы электролиза – это количественные соотношения, базирующиеся на электрохимических исследованиях, изданных Фарадеем в 1833-1834 годах.
Фарадей видел возможность рассчитать массу компонента путем измерения тока и времени электролиза любого вещества, в том числе органического, но только в том случае, если они окисляются или восстанавливаются на электроде.
Хотя эти законы открывали фундаментальную возможность анализа веществ, они долгое время не привлекали внимания исследователей, так как в реальных процессах электролиза выход тока всегда был меньше единицы из-за побочных реакций, и не было никаких способов точно измерить количество электричества, прошедшего через электролизер.
Исторически первая работа Даннелла по определению меди при постоянном потенциале с помощью серебряного кулонометра была опубликована только в 1897 году [3], то есть почти через 65 лет после открытия закона Фарадея, но и она осталась незамеченной.
Он определял медь, использовал серебряный кулонометр. Потенциал электролиза стремились поддерживать постоянным. В то время эта работа не привлекла внимания аналитиков, метод стал развиваться только после создания А. Хиклингом в 1941 г. потенциостата – прибора для автоматического поддержания заданного потенциала одного из электродов.
Вторая работа по кулонометрии, но первая по кулонометрическому титрованию (при постоянном токе), была опубликована Гровером только через 20 лет после первой публикации – в 1917 году [5]. Он определял толщину оловянного покрытия на медном электроде, и это было, по существу, первое практическое применение метода.