CH. fizikaviy kimyodan laboratoriya ishlari uchun uslubiy qo‘llanma qarshi «Nasaf» nashriyoti

V bob. POTENTSIOMETRIK TITRLASH.
Ishniig maqsadi: Xingidron elektrodi yordamida kislo-talarni yoki ularning aralashmalarini potentsiometrik titrlash.

Potentsiometrik titrlash (rangli indikatorlar bilan titr-lash kabi) neytrallanish, oksidlanish va cho‘kma hosil bo‘lish reaktsiyalariga asoslangan. Ko‘pincha bu usulni qo‘llash maq-sadga muvofiq bo‘ladi (eritmalar rangli yoki loyqa bo‘lganda, yoki bir necha elektrolitlarning aralashmalari bo‘lgan hollar-da).

Titrlashda bir elektrod (bizning tajribamizda kalomel elektrodi) solishtirish elektrodi vazifasini bajaradi, titrlanuvchi eritmaga esa xingidron elektrodi kiritiladi va ulushlar bilan titri aniq bo‘lgan eritma quyiladi (uzluksiz aralashtirib turish kerak). Har qaysi quyilgan ulushlardan keyin elementning e.yu.k. aniqlab turiladi. Elektrod potentsialning (e.yu.k. ning ham) eng ko‘p o‘zgarishi ekvivalent nuqtaga yaqin joyda kuzatiladi.
ISHNING BAJARILISHI
Galvanik elementni quyidagi sxema bo‘yicha yig‘iladi:
Xingidron elektrodni potentsiometrning musbat klem-masiga, kalomel elektrodni esa manfiy klemmaga ulang (Po-tensiometrning tuzilishi va undan foydalanish xaqida yuqorida batafsil gapirilgan). O‘rganilayotgan kislotani 7-8 ml hajmda xingidron elektrodli idishga quying. Galvanometrning ko‘rsa-tishini, "N.e.-X" ulagich-o‘tkazgichich "K.e." holatiga o‘tka-zib, nolga keltirib oling. So‘ngra "N.e.-X" ulagich-o‘tkaz-gichni "X" holatiga o‘tkazib, potentsiometrning B, C, D, E, F qo‘lchalari bilan (2-rasm) galvanometrning ko‘rsatishini nolga keltiring va potentsiometrning boshlang‘ich ko‘rsatishini (bo‘lgandagi) yozib oling. Shundan keyin titri aniq bo‘lgan ishqorni har gal 0,2 ml dan quyib, potentsiometrdagi e.yu.i. ning qiymatini yozib boring. Ishqorning eritmadagi hajmi ortib borishi bilan potentsiometrning ko‘rsatishi ka-mayib boradi (e.yu.k. kamayadi) va shunday bir nuqta kela-diki, bunda e.yu.k. ning qiymati keskin o‘zgaradi. Mana shu nuqta ekvivalent nuqtaga to‘g‘ri keladi.

Ekvivalent nuqtada o‘rganilayotgan eritmaga ishqor qo‘shilishi bilan e.yu.k. ning qiymati o‘zgarmay qoladi, bunda xingidron va kalomel elektrodlarning ulangan qutblarini almashtirib, titrlashni davom ettirish mumkin. Bu holda e.yu.k. manfiy qiymatlar tomon ortib boradi. Bunday titrlash natijasi koordinatalarda quyidagi sxematik ko‘-rinishga ega bo‘ladi:

3-rasm. E.yu.k. ning ishqor hajmiga bog‘liq ravishda o‘zgarishi.
Bu rasmdan ko‘rinib turibdiki, ishqorning ekvivalent hajmi grafigida abtsissalar o‘qi bilan kesishgan nuqta atrofida bo‘ladi.

Agar titrlash natijalarini koordina-talarida ifodalasak, quyidagi ko‘rinishdagi bog‘liqlik kelib chiqadi:

4-rasm. ning ga bog‘liqligi.
Bu rasmdagi punktir chiziq ishqorning ekvivalent nuq-tasiga to‘g‘ri keladi. Bunday koordinatalarda olingan natijalar orqali ekvivalent nuqtani aniq topish mumkin.

Natijalarni ifodalashning yana bir qulay usuli ekvivalent nuqtani koordinatalardan foyda-lanib topishdir:

5-rasm.
pH ning (yoki elektrod potentsialining) ishqor-ning hajmiga borliqligi:

a - kuchli kislotani kuchli asosda titrlash;

b - kuchsiz kislotani kuchli asosda titrlash;

v - kuchli va kuchsiz kislotalar aralashmasini titrlash natijalari.

Masalan, titrlashga 0,01 N NCl eritmasi olingan. Bunday eritmada рН2. Olingan kislotaning 0,9 qismini neytrallaganimizda aktivlik 10 marta kamayadi va rN birga o‘zgaradi. Kislotaning 0,99 qismini neytrallash rN ni yana birga oshiradi.

Titrlashning borishi quyidagicha bo‘ladi:

Ishqorning g-ekv lar sonining kislotaning g-ekv lar soniga nisbati	0	0,9	0,99	0,999	1,0	1,001
рН	2	3	4	5	7	9
Elektrodning potentsiali, V	-0,118	-0,17	-0,23	-0,29	-0,41	-0,53

Keltirilgan rahamlardan ko‘rinib turibdiki, 0,99 bilan 1,001 oraligida pH ning qiymati 5 birlikka o‘zgaradi va elektrodning potentsiali 0,30 V ga o‘zgaradi. Bu o‘zgarishlarni kuzatish uchun 1 tomchi ishqor yetarli bo‘ladi. Shuni eslatib o‘tish kerakki, bunday natijalar galvanik elementda vodorod elektrodi bilan kalomel elektrodi olinganda kuzatiladi. Biz vodorod elektrod o‘rniga xingidron elektrodini ishlatamiz, shuning uchun natijalar farq qilishi mumkin.

O‘quv tajribada olingan kislotani titrlab bo‘lgach, shu kislotaning noma‘lum hajmi olinib, uning titri aniqlanadi. Agar o‘quv tajribada va tekshirish tajribasida kislotalar aralashmasi olinsa, titrlash davomida olingan hajmlarga mos ravishda ikkita ekvivalent nuqtalar hosil bo‘ladi. (5^в- rasm).
5- laboratoriya ishi.

POTENTSIOMETRIK TITRLASH USULI YORDAMIDA IONLARNING TASHISH SONINI ANIQLASH
Elektrolit eritmasidan o‘zgarmas elektr tokini o‘tkaz-ganda katodda musbat zaryadlangan ionlar o‘z zaryadini yo‘-qotadi - kationlarning qaytarilishi kuzatiladi (kationlarga elektronlarning birikishi); anodda esa manfiy zaryadlangan ionlarning o‘z zaryadini yo‘qotishi, yani anionlarning oksid-lanishi (elektronlarning uzatilishi) yoki anodning erishi kuza-tiladi. Bu protsess elektroliz protsessi deyiladi. Elektroliz prot-sessi Faradey qonuni bilan tushuntiriladi. Bu qonunga binoan, har bir elektrodda ajralib chiqqan yoki erigan moddaning miqdori eritmadan o‘tgan elektr tokining miqdoriga va uning ximiyaviy ekvivalentiga to‘g‘ri proportsionaldir:

(1)
bu yerda -tok kuchi (amper), -ajralib chiqqan moddaning miqdori (gramm), -moddaning ekvivalent massasi (g-ekv), -elektroliz vaqti(sek), -gramm-ekvivalentlar soni, =96493 Kulon - Faradey soni.

Elektrolizda eritmadagi elektr zaryadlarini ionlar ta-shib o‘tadi (1-rasm). Har qaysi elektroddan bir xil miqdordagi elektr toki o‘tadi, lekin ionlarning tezliklari va zaryadlari turlicha bo‘lganligi sababli har qaysi tur ionlar elektr tokining bir xil bo‘lmagan qismini tashib o‘tadi.

1-rasm. Elektrolizda ionlar va elektronlarning harakatlarining sxemasi.
Ionlar harakatining tezligi ko‘p faktorlarga bog‘liq: ionlarning tabiatiga va muhitga, maydoi kuchlanganligiga (-voltlarda berilgan elektrodlar orasidagi potentsiallar farqi, -sm larda berilgan elektrodlar orasidagi masofa), kon-sentratsiyaga, temperaturaga va boshqa faktorlarga. Ionlar harakati tealiklarini bir-biriga solishtirish mumkin bo‘lishi uchun ularni maydon kuchlanganligi I V/sm bo‘lgan holda o‘rganiladi. Bunday sharoitda olingan kattaliklar ionlarning absolyut tezligi deyiladi va kationlarning tezligi bilan, anionlarning tezligi bilan belgilanadi. Ionlarning absolyut tezligi sm /V(sek birliklarida o‘lchanadi.

1 sek davomida eritmadan o‘tgan elektr tokining miqdori, ya‘ni tok kuchi quyidagi tenglama bilan ifodalanadi:

(2)

bu yerda -ionlarning ekvivalent kontsentratsiyasi (g-ekv/sm³), -elektrodlarning ko‘ndalang yuzasi.

Tok kuchini quyidagi tenglamadan ham aniqlasa bo‘ladi:

(3)

bu yerda -ekvivalent elektr o‘tkazuvchanlik, -elektrolitning ekvivalent kontsentratsiyasi.

(2) va (3) tenglamalardan ni topib, quyidagi tenglamani chiqaramiz:

(4)

Kuchli elektrolitlar uchun birga teng, chunki kuchli elektrolitlar to‘liq dissotsiatsiyalanadi. Kuchsiz elektrolitlarda bu qiymat birdan farq qiladi:

Demak, kuchli elektrolitlar uchun va kuchsiz elektrolitlar uchun esa ni chiqarish mumkin. Ionlarning absolyut tezligi bilan Faradey sonining ko‘paytmasi ionlarning harakatchanligi (ionlarning elektr o‘tkazuvchanligi) deyiladi va kationlar uchun va anionlar uchun ga teng bo‘ladi.

Ionlar harakatchanligining o‘lchov birligi Om^-1sm²/g-ekv bilan belgilanadi. Yuqoridagilardan xulosa qilish mum-kinki, kuchli elektrolitlar uchun ekvivalent elektr o‘tka-zuvchanlik

(5)

Kuchsiz elektrolitlar uchun esa ekvivalent elektr o‘tkazuvchanlik

(6)

Cheksiz suyultirilgan () taqdirda ham kuchli, kuchsiz elektrolitlar uchun

(7)

ni hosil qilamiz. va kattaliklar ionlarning eng katta qiymatga ega bo‘lgan harakatchanligi deyiladi. (7) tenglama Kolraush qonunining ifodasidir: cheksiz suyultirilgan eritma-dagi ekvivalent elektr o‘tkazuvchanlik kationning harakat-chanligi bilan anionning harakatchanligi yig‘indisiga teng.

Ionlarning harakatchanligi katta ahamiyatga ega bo‘lgan kattalik bo‘lib, u ionlarning elektrolit elektr o‘tka-zuvchanligidagi ishtirokini ko‘rsatadi. Ionlarning harakatchan-ligi elektrolitning temperaturasi va kontsentratsiyasiga bog‘liq bo‘ladi. Yuqori kontsentratsiyalarda λ₊ va λ_- larning qiy-matlari har xil zaryadli ionlarning o‘zaro ta‘siri kuchayishi natijasida va larning qiymatlaridan kichik bo‘ladi.

Kation va anionlarning harakatchanliklari bir-biridan sezilarli darajada farqlanishi mumkin. Elektrolitlarda elektr tokini bir vaqtning o‘zida ham katioilar, ham anionlar tashib o‘tganligi sababli, eritmadan o‘tgan elektr tokining miqdori bilan har qaysi ion tashib o‘tgan elektr tokining miqdori ora-sida farq bo‘ladi. Bu miqdor ionlarning tashish soni bilan bel-gilanadi.

Ionlarning tashish soni - bu ayni bir tipdagi ion tashib o‘tgan elektr miqdorining elektrolitdan o‘tgan umumiy elektr miqdoriga nisbatidir. Agar elektrolit ikkita ionga dissot-siasiyalansa, u holda kationning tashish soni uchun

(8)

va anionning tashish soni uchun

(9)

larni hosil qilamiz. Bu tenglamalarda va -1sek davomida kationlar va anionlar tashib o‘tgan elektr miqdori; -1sek da-vomida eritmadan o‘tgan elektr miqdori. Tashish sonlarining yig‘indisi bo‘ladi.

(8) va (9) tenglamalardagi , va larning o‘rniga (2) tenglamadan foydalanib chiqarilgan qiymatlarni qo‘ysak, tashish sonini ionlarning absolyut tezligi yoki ionlarning xarakatchanligi (ionlarning elektr o‘tkazuvchanligi) orqali ifodalash mumkin bo‘ladi. Kationlarning tashish soni

(10)

va anionlarning tashish soni

(11)
ga teng bo‘ladi. Demak, ionlarniig tashish soni ayni shu ionning harakatchanligi bilan kation va anionlar harakat-chanliklari yig‘indisining nisbatiga teng ekan. Keltirib chiqa-rilgan tenglamalar yordamida ionlarning harakatchanliklari ma‘lum bo‘lsa, tashish sonini hisoblash mumkin. Tashish soni tajriba yo‘li bilan aniqlangan taqdirda esa, ionlarning harakat-chanligini hisoblash imkoniyatiga ega bo‘linadi.

(5) va (10) tenglamalardan va ekan-ligi ko‘rinib turibdi, demak aynan bir ionning tashish soni unga juft bo‘lgan ionning harakatchanligiga bog‘liq bo‘ladi. Shuning uchun har xil elektrolitlarda aynan bir ionning tashish soni turlichadir.

Tashish soni ionlar harakatchanliklarining nisbatini ifodalagani sababli, aoosan, ionlar harakatchanliklariga bog‘-liq bo‘lib, temperatura va kontsektratsiyalar ta‘sirida kam o‘z-garadi. Masalan, 2 ta bir valentli ionlardan tashkil topgan elektrolitlar uchun tashish soni 0,2 N kontsentratsiyagacha deyarli o‘zgarmaydi. Bu xususiyatdan foydalanib ekstrapo-lyatsiya yo‘li bilan tashish sonini va cheksiz suyultirilgandagi ionlarning harakatchanligini topish mumkin. Temperatura ko‘tarilishi bilan 0,5 dan katta qiymatlarga ega bo‘lgan tashish sonlari kamayadi va 0,5 dan kichik bo‘lgan qiymatlarda tashish soni ko‘payadi. Ikkala holda ham tashish sonining qiymatlari 0,5 ga yaqinlashadi.

Ionlarning tashish sonini bilish elektrolit eritmalar nazariyasi uchun katta ahamiyatga egadir. Ushbu ishdan maqsad Gittorf usuli bilan Н⁺ ionlarining tashish sonini topish.

VI bob. ELEKTROLIZ
Suyultirilgan sulfat kislotasini ikkita qo‘rg‘oshin elek-trodlar orasida elektrolizga uchratsak, faqatgina katoddagi borayotgan protsesslarni aniq o‘rganish mumkin:

.

Anodda esa tajribaning bunday sharoitlarida ionlari ham, ionlari ham o‘z zaryadini yo‘qotadi. Buning natijasida kislorod ajralib chiqishi

yoki hosil bo‘lishi mumkin:

Shuning uchun katod yaqinidagi protsesslarni o‘rgan-gandagina to‘g‘ri natijalar olinadi.

0,01 N lik kislotadagi vodorod ionlarining gramm-ionlar sonini quyidagicha belgilaymiz: elektrolizgacha -, elektrolizdan keyin -, katodda zaryadsizlangan qismini - с. Elektrolizning berilgan vaqtida anoddan katodga o‘tgan vodorodning gramm-ionlar miqdori - ni tashkil qiladi va vodorod ionlarining tashish soni

(12)

ga teng bo‘ladi.

Katodda zaryadsizlangan vodorodniig gramm-ionlar soni ikki usul bilan aniqlanadi: kulonometrik usul va berilgan elektroliz vaqtida elektrolitdan o‘tgan elektr miqdori bo‘yicha aniqlash:
bu yerda -tok kuchi (amperlarda), -elektroliz vaqti (min.). Elektrolizni olib borilganda tok kuchini 62 mA ga teng tutish shart.

Elektrolitdan o‘tgan elektrning umumiy miqdorini aniqlash maqsadida ushbu tajribada mis kulonometri ham ishlatiladi. Bu kulonometrda mis elektrodlari bor mis sulfat eritmasi elektrolizga o‘chraydi va katodda mis ajralib chiqadi, anodda esa eriydi. Bu holda (1) tenglamaga binoan

ga teng bo‘ladi. Bu yerda -ajralib chiqqan misning massasi, 31,77 - misning elektroximiyaviy ekvivalenti.

Mis elvktrodining elektrolizdan avvalgi va keyingi og‘irliklari analitik tarozida topiladi.

Kulonometr eritmasidagi har 100 ml suvning tarkibidagi 15 gramm , 5 ml kontsentrlangan va 5 ml etil spirti bo‘ladi. Tokning zichligi 20 mA/sek dan ortmasligi kerak. Aks holda elektrodda qora rangli va elektrod sirtiga yaxshi yopishmagan mis kukuni ajralib chiqadi.

TASHISH SONINI ANIQLOVCHI ASBOBNING TUZILISHI

A -o‘zgarmas tok manbai, B -mis kulonometri (a-katod, b-anod), C -elektroliz olib boriluvchi asbob (1 –anod idishi, 2 - katod idishi, V -qo‘rg‘oshin elektrodlar), D -milliampermetr, E -shunt sifatida ishlatiluvchi qarshiliklar magazini, R -reostat.

Elektrolitdan o‘tgan umumiy elektr miqdorini tashish soni aniqlovchi asbob bilan ketma-ket ulangan kulonometr yordamida aniqlanadi. Bunday ulanganda ikkala asbobdan ( elektroliz olib boriluvchi С va kulonometr B) bir xil miqdorda elektr toki o‘tadi va Faraday qonuniga binoan (1) bir xil g-ekv miqdordagi elektrolit parchalanadi.

Bir-biri bilan sifon orqali ulangan idishlarda eritmalari solingan bo‘ladi va ulardan o‘zgarmas elektr toki o‘tkaziladi. 1-idish anod va 2-idish katod vazifalarini bajaradi.

Elektroliz shunday olib boraladiki, bunda elektro-litning kontsentratsiyasi faqat katod va anod yaqinida o‘zga-radi.

6-laboratoriya ishi.
SUYULTIRILGAN SULFAT KISLOTA ERITMASIDAGI VODOROD IONLARINING TASHISH SONI.
Yuqorida ta‘kidlaganimizdek, suyultirilgan sulfat kis-lota ionlarning tashish sonini aniqlash katod yaqinidagi vodorod ionlarining kontsentratsiyasini aniqlashga asoslan-gan. Elektrolizda ishlatiladigan 0,01 N sulfat kislotasining aniq boshlang‘ich kontsentratsiyasi uning alohida olingan 100 g miqdorini 0,1 N ishqor bilan titrlab topamiz (ishqorlarning kontsentratsiyasi 10 barobar yuqori bo‘lgani uchun sulfat kislotaning kontsentratsiyasini aniq topish maqsadida uning miqdori 100 g dan kam olmaslik tavsiya qilinadi).

Kislotaning titrlash uchun alohida olingan miqdorini ham, elektroliz uchun olingan miqdorini ham texnik tarozida bo‘sh stakanni va kislotali stakanni tortish bilan aniqlanadi.

Kontsentratsiyani aniqlash uchun alohida olingan ni titrlash natijalari (ya‘ni ) elektrolit uchun olingan kislotaning og‘irligiga qayta hisoblanishi kerak:

bu yerda -alohida olingan - eritmasini titrlash uchun sarf bo‘lgan ishqorniig hajmi, -ishqorning kontsentratsiyasi, -titrlash uchun alohida olingai ning og‘irligi, elektroliz uchun olingan kislotaning og‘irligi ning miqdorini aniqlash uchun kislotali stakan elektrolizdan so‘ng texnik tarozida tortiladi).

Katod stakanidagi kislotaning elektrolizdan keyingi kontsentratsiyasi ham titrlash orqali topiladi. Olingan natijalarni solishtirish maqsadida (kislotaning elektrolizdan keyingi og‘irligi aniqlangandan keyin) katod stakanidagi kislotani ikkita qismga bo‘lib, ikala qismning og‘irligini ( va ) tarozida aniqlab titrlab olish tavsiya qilinadi. Olingan natijalarni ( va ) yana elektroliz uchun olingan kislotaning og‘irligiga qayta hisoblab

va

тenglamalardan aniqlanadi.

Ishni olib borish tartibi.
N ionlarining tashish sonini aniqlash uchun quyidagilarni topish kerak:

a) o‘rganilayotgan elektrolit ionlarining katod yaqini-dagi kontsentratsiyasini o‘zgarishi;

b) tashib o‘tilgan elektrning umumiy miqdorini yoki parchalangan elektrolitning g-ekv miqdori.

Yuqoridagilarni amalga oshirish uchun quyidagi tartibdagi ishlarni bajarish kerak:

1. Alohida olingan 0,01 Н ning aniq konsen-tratsiyasini aniqlang (Jadvalning 1, 2, 3 va 7 qatorlarini to‘ldiring). ning kontsentratsiyasi ishqorning konsen-tratsiyasidan 10 barobar kichik bo‘lganligi uchun kislotani 100 g atrofida oling.
2. Elektroliz olib boriladigan asbobni yig‘ing.
3. Katod stakanidagi Н⁺ ionlarining elektrolizdan ke-yingi kontsentratsiyasini aniqlang (Jadvalning 4, 5, 6 va 8 qatorlarini to‘ldiring).
4. Katodda zaryadsizlangan vodorod gramm-ionlar so-nini kulonometrik usul bilan va elektrolitdan o‘tgan elektr miqdorini tenglama bo‘yicha hisoblang va ni toping (Jadvalning 9, 10 va 11 qatorlariga yozing).
5. Vodorod ionlarining tashish sonini aniqlang.

Olingan natijalarni keltirilgan ko‘rinishdagi jadvalga yozing.

0,01 Н eritmasidagi vodorod ionlarining tashish sonini aniqlang.

1	Bo‘sh stakanning og‘irligi,		Texnik tarozida tortiladi
2	Stakan bilan aniq kontsentratsiyasi topilishi kerak bo‘lgan 0,01 Н ning birgalikdagi og‘irligi,
3	Kislotaning og‘irligi (kislotani 100 g atrofida olish kerak),
4	Katod stakanining kislota bilan elektrolizdan keyingi og‘irligi,
5	Bo‘sh stakanning og‘irligi,
6	Elektrolizda ishlatilayotgan katod stakanidagi kislotaning og‘irligi,
7	0,01 Н ning aniq konsentratsiya-sini aniqlash uchun olingan 0,1 N ishqor-ning hajmi,
8	Elektrolizdan keyin titrlashga sarf bo‘lgan 0,1 N ishqorning hajmi,
9	Mis katodining elektrolizdan avvalgi og‘irligi,		Analitik tarozida tortiladi
10	Mis katodining elektrolizdan keyingi og‘irligi,
11	Elektroliz natijasida mis katodda ajralib chiqqan misning og‘irligi,