Elektro-analitikai mérések műszeres analitikusok számára Bevezetés az elektro-analitikába http://tp1957.atw.hu/ma_ele_0.ppt Frissítés: 2016. 09. 05.

Az 1/15. MA elektro-analitikai elmélet órái 2016. 09. 05. hétfő Bevezetés, követelmények, témák 2016. 09. 12. hétfő Potenciál, elektromotoros erő 2016. 09. 19. hétfő pH mérés 2016. 09. 26. hétfő ellenőrző kérdések (internet) 2016. 10. 03. hétfő 1. témazáró dolgozat Új tananyag:

A tanév témái kb. óraszámokkal Elektro-analitikai alapfogalmak 2 óra Direkt potenciometria óra Potenciometriás titrálás óra Direkt konduktometria óra Konduktometriás titrálás óra Polarográfia óra Egyéb elektro-analitikai módszerek óra

Az elektrokémia tárgya (emlékeztető) Az elektrokémia az elektromosság és a kémiai változások kapcsolatával foglalkozik: – kémiai változás hatására elektromos energia keletkezik → galvánelem – elektromos energia hatására kémiai változás jön létre → elektrolízis Mindig redoxi folyamat! elektrolízis elektromos energia kémiai változás galvánelem

Elektromos mennyiségek, mértékegységek neve jele származtatása mértékegység neve áramerősség I – (SI alapegység) amper A elektromos töltés Q = I·t coulomb (A·s) C munka, energia W, E = F·ℓ = P·t joule (N·m) J feszültség U = W/Q volt V teljesítmény P = W/t = U·I watt (J/s = V·A) W ellenállás R =U/I ohm Ω elektromos vezetés G = I/U Siemens S fajl. ellenállás ρ = R·A/ℓ Ohm-méter Ω·m fajl. elektromos vezetés κ =G·ℓ/A Siemens/méter S/m kapacitás =Q/U farad F mol. vez., rel. ionmozg. Λ, λ =κ/c S·m2/mol

Elektródok, elektrolit, galvánelem Szigetelők, félvezetők Vezetők: elsőfajú, másodfajú (mechanizmus, hőmérséklet-függés) Töltés, feszültség, áramerősség, ellenállás, elektromos vezetés, stb. Elektród, elektrolit Galvánelem: katód: redukció, töltés: + anód: oxidáció, töltés: – A potenciál – függ: anyagi minőségek: folyamat koncentrációk (pontosabban aktivitások) hőmérséklet nyomás (gáz)

Elektromos kettősréteg Az elektromos kettős-réteg feszültsége az elektród-potenciál.

Me ↔ Mez+ + z e– folyamatra Elektród-potenciál Nernst-egyenlet E = E0 + R·T·ln K Me ↔ Mez+ + z e– folyamatra felírva Átalakítva: Az értékek tág határok közt változnak, a negatív érték redukáló, a pozitív oxidáló tulajdonságot jelent. Elektród-potenciált magában nem mérhetünk, csak ezek különbségét. Hogyan vannak mégis táblázatok? Viszonyítás a standard hidrogén elektródhoz

Standard hidrogén elektród platinized platinum electrode hydrogen gas acid solution with an activity of H+=1 mol/l hydroseal for prevention of oxygen inteference reservoir via which the second half-element of the galvanic cell should be attached

Standard potenciálok Anyag Folyamat Standard potenciál, V F F2 + 2 e– ↔ 2 F– +2,87 Ag +0,80 Cu Cu2+ + 2 e– ↔ Cu +0,34 H 0,000 Pb -0,13 Ni -0,23 Fe -0,44 Zn -0,76 Al -1,66 Na -2,71

Galvánelem

Kapocsfeszültség,elektromotoros erő Elektromotoros erő: a potenciálok különbsége, az áramkörön I = 0 A áramerősség esetén mérhető feszültség (üresjárási feszültség): EME = E2 – E1 EME > 0, azaz E2 > E1

Galvánelem

Elektrolízis

Elektrolízis Az elektromos energia (feszültség) hatására végbemenő kémiai változás. Az elektrolízis (az anyagok leválása a két elektródon) csak egy bizonyos feszültség esetén indul meg: katód: redukció (fém leválása) anód: oxidáció (nemfém leválása) Ub = E2 – E1 – I + U Ub

Elektródok Elektródok fajtái 1. Elektroncsere-egyensúly alapján működő (klasszikus potenciometriás) elektródok 1.1. Elsőfajú elektródok; fémelektródok, pl. Cu/Cu2+ 1.2. Másodfajú elektródok, pl. Ag/AgCl, Cl–; Hg/Hg2Cl2, Cl–; Hg/Hg2SO4, SO42– 1.3. Harmadfajú elektródok, pl. Pb/(Pb-oxalát, Ca-oxalát), Ca2+ 1.4. Redoxielektródok (Pt)

Elektródok 2. Fázishatár-egyensúly alapján működő elektródok 2.1. Üvegelektródok 2.1.1. pH-szelektív üvegelektród 2.1.2. Fémion-szelektív (pM-szelektív) üvegelektródok pl. Li+, Na+, K+, NH4+, Ag+ szelektív üvegelektródok 2.2. Folyadékmembrán-elektródok (pl. PVC-ben immobi-lizált aktív anyagot tartalmazó elektródok) 2.2.1. Szerves ioncserélő alapú elektródok, pl. Ca2+, NO3– elektród 2.2.2. Komplex egyensúlyra épülő ionszelektív elektródok, pl. K+, NH4+, Ca2+ elektród 2.3. Csapadékalapú ionszelektív elektródok, pl. F–, Cl–, S2–, CN–, Cu2+ elektród

Az elektroanalitikai módszerek felosztása Határfelületi módszerek Ionvándorláson alapuló módszerek Statikus módszerek (I = 0) Dinamikus módszerek (I > 0) Vezetés mérés (G= 1/R) Kontrollált feszültség Konstans áramerősség Potenciometria (EME) Vezetési titrálás (térfogat) Voltammetria I = f(E) Coulombmetriás titrálás (I = Q·t) Potenciometriás titrálás (térfogatmérés) Oszcillometria (induktivitás, kapacitás) Amperometriás titrálás (térfogatmérés) Elektro-gravimetria (tömegmérés) Dielektrometria (dielektromos állandó) Elektro-gravimetria (tömegmérés) A zöld hátterűekkel foglalkozunk részletesen a tanév során. Coulombmetria állandó feszültségen

Az elektro-analitikai mérések felosztása Direkt potenciometria Indirekt potenciometria (potenciometriás titrálás) Direkt konduktometria Indirekt konduktometri (konduktometriás titrálás) Polarográfia Egyéb: coulombmetria, elektro-gravimetria