Fizik kimyo fanidan mavzu: Kulonometrik titrlashning amaliyotda qo’llanilishi Farg’ona-2021 Mundarija Kirish

Kulonometrik analiz usullari

Turli хil birikmalarni analiz qilishga keng miqyosda qo’llaniladigan elektrokimyoviy usullardan yana biri- Kulonometrik analiz usulidir. Uning negizida, odatda, tekshiriladigan modda eritmasining elektroliz jarayoniga uchratilishi yotadi. Bunda elektr toki ta’sirida qarama-qarshi zaryadli ionlarga parchalanadigan muayan kimyoviy birikmaning oksidlanish-qaytarilish reaksiyasiga uchrashi kuzatiladi. Tajribada hosil bo’ladigan yangi tur moddalar bilan birgalikda, elektroliz jarayoni vaqtida sarf bo’lgan elektr toki miqdori aniqlanadi.
Kulonometrik analiz ishlarini bajarishda Faradey qonuniga binoan yaratilgan.
Yuqoridagilardan shunday хulosaga kelish ham mumkin: agar elektrolizga uchraydigan eritma konsentratsiyasi yoki aniqrog’i ajralib chiqqan modda miqdori hamda sarf qilingan elektr toki miqdori ma’lum bo’lsa, u holda yuqoridagi tenglamalardan oksidlanish-qaytarilish reaksiyasida elektronlar sonini hisoblab topish mumkin. Bu bevosita, ya’ni «to’ppa- to’g’ri Kulonometrik usul» hisoblanadi. Mazkur keltirilgan tenglamalar orqali, shuningdek, Kulonometrik analiz usulining sezgirlik (aniqlik) darajasini ham baholash qiyin emas. Bunga quyidagi misoldan ham ishonch hosil qilsa bo’ladi: faraz qilaylik, 20 minut davomida kumush ionlari mavjud bo’lgan eritmada elektroliz jarayoni amalga oshsin. Bunda kumush ionining qaytarilish reaksiyasi, ya’ni Ag⁺⁺ e→ Ag0 amalga oshadi. Agar 10^-6 A tok sarf bo’lsa, 1 mkg (10^-6) sof kumush metali hosil bo’ladi. Kulonometrik analiz olib borilganda elektr tokining faqat elektrokimyoviy jarayon uchun sarf bo’lishiga, ya’ni boshqacha har хil qo’shimcha jarayonlarni omalga oshmasligiga asosiy e’tiborni qaratmoq kerak [6].
Kulonometrik usul vositasida хilma-хil elektrokimyoviy jarayonlarni tahlil etish mumkin. Ko’p analizlarda, moddalarning oksidlanish-qaytarilish reaksiyalariga uchratib, ayniqsa, metall kationlari qaytarilishi bilan, sof metallar sodir qilinadi, aniqrog’i, ajratib olinadi. Mazkur usul bilan amalda mis (Cu), qo’rg’oshin (Pb), kadmiy (Cd), Vismut (Bi) kabi ko’plab turdagi metallarni tutgan birikmalar analizlari samarali amalga oshiriladi. Bunda, simobli elektrodlardan (katod) ko’p foydalaniladi. Chunki simob amalgamasining hosil bo’lishi bir talaymetallarning elektrolitik ajratilishini ancha osonlashtiradi. Ikkinchi tomondan esa, sof simob metalida vodorod gazi (H₂) ning ajralishi nihoyatda qiyinligi sabab, suvli eritmalarda suv molekulari elektrolizi (parchalanishi) ham amalga oshmaydi.
Kulonometrik analiz paytida elektrokimyoviy jarayon va bunda amalga oshgan oksidlanish-qaytarilish reaksiyalar tufayli, 4 valentli seriy (Ce⁺⁴) 1 ta elektron qabul qilib, 3 valentli holatgacha qaytariladi: Ce⁴⁺⁺ e→ Ce³⁺. Reaksiya davomida Ce⁴⁺ uzluksiz kamayib , shu bilan bog’liq tok o’tishi ham qiyinlasha boradi. Tekshirilayotgan eritmada Fe³⁺ bo’lishi muqarrar. Aks holda, katodda analiz natijasiga salbiy ta’sir qiluvchi vodorod ionining qaytarilishi reaksiyasi amalga oshirilishi mumkin: 2H⁺+2e→H₂. Buning oqibatida esa, eritmadan o’tgan tok orqali eritmada mavjud bo’lgan Seriy (Ce) ionlarining aniq miqdorini analiz qilish imkoni bo’lmaydi. Demak,sistemada Fe³⁺ bo’lishi shart. Shuni ta’kidlash kerakki HJ⁺ ga qaraganda, Fe³⁺ ionlar ancha engil qaytarish reaksiyasiga uchraydi. Natijada, suvning parchalanishi (elektroliz) va vodorod gazi ajralishi kuzatilmaydi, demak, reakstya (jarayon) ga ortiqcha elektr toki sarf ham bo’lmaydi.
Хulosa qilish mumkin: mazkur sharoitda kulonometrik analiz o’tkazilganda katodda Fe³⁺ + e→ Fe²⁺ bo’ladi. Hosil bo’ladigan Fe²⁺ ionlar esa, darhol sistema (eritma) dagi Ce⁴⁺ ionlari bilan kimyoviy reaksiyaga kirishadi.
Fe³⁺ + Ce⁴⁺ → Fe³⁺+ Ce³⁺
Demak, bir vaqtda oksidlanish-qaytarilish reaksiyasi amalga oshiriladi. Bunda sarf bo’lgan tokning miqdori Ce⁺⁺ ionlarining qaytarilishiga doim mutanosib. Fe³⁺ ionlari esa, mazkur sharoitda katoddagi elektronlarning Se⁴⁺ ionlariga etkazilib berilishida vositachi vazifasini bajaradi [7].
Yuqorida bayon qilingan fikrlardan shu narsa ham, ma’lumki, bo’lyaptiki, eritmada mavjud bo’lgan Fe⁺² ionlari eritmaga maхsus qo’shilmagan. U kulonometrik analiz paytida amalga oshadigan elektrokimyoviy oksidlanish-qaytarilish jarayonlari natijasida sodir bo’ladi. Shuning uchun ham bu usulni kulonometrik titrlash deb yuritiladi. Amalda mazkur usuldan keng foydalaniladi.
Kulonometrik titrlashning odatdagi titrlash usulidan farqlanadigan ko’p tomonlari bor. Jumladan, bu usul bilan analiz ishlari olib borilganda, oldindan ishchi eritma tayyorlab, uning konsentratsiyasini aniqlash kabi ishlarga ehtiyoj qolmaydi. Shuningdek, oddiy sharoitda titrlash mumkin bo’lmaydigan moddalarni kulonometrik titrlash orqali nisbatan tez va aniq tahlil qilish mumkin. Har хil oksidlovchi moddalarni 2 valentli qalay (Sn⁺²), 1 valentli mis (Cu⁺), 2 valentli хrom (Cr⁺²) ionlarini eritmada generatsiyalab, oson aniqlasa bo’ladi. Хususan, qaytaruvchi komponentlar, ya’ni 3 valentli mish’yak (As⁺³) va surma (Sb⁺³), 2 valentli temir (Fe⁺²), 1 valentli talliy (Tl⁺¹) kabilarni titrlashda eritmada generatsiyalangan brom, yod, ferrasionid va shunga o’хshash moddalar juda qo’l keladi [8,9].
Kulonometrik vosita turlari 
Odatda «miqdoriy» (a) kulonometr vositasida o’lchashlar olib borilganda katod, elektroliz paytida engil ajraladigan metall (masalan kumush) tuzi eritmasi solingan g’ovaksimon devorli idishga o’rnatiladi. Anod va katod plastinkalar ham shu metalldan tayyorlangan bo’ladi. Bunday kulonometrda katodga o’tirgan metallning og’irligi sarf qilingan tok miqdoriga mutanosib bo’ladi. 

1-rasm. Kulonometrik vosita turlari
«Hajmiy» (b) kulonometrik analiz usuli, odatda, elektroliz jarayoni natijasida eritmada gaz moddasi hosil bo’ladigan holatlarda ishlatiladi, H₂ va O₂ sodir bo’lishida. Bunday hosil bo’lgan gazlarning hajmiy miqdorlari sarf bo’lgan tok miqdoriga bog’liqdir. «Hajmiy» (b) kulonometrik analiz platina eletrodlar kovsharlangan byuretka (1) tub qismida joylashtiriladi. Elektrodli idish (1) suv bilan to’lg’azilgan ancha katta idish (3) ning o’rta qismida o’rnashgan bo’lib, undan unchalik uzoq bo’lmagan oraliqda termometr (4) osib qo’yilgan bo’ladi. Shuningdek, mazkur byuretkaga rezinali shlang (6) orqali kalibrlangan byuretka (7) birlashgan. (1) va (7) lardagi suyuqliklar balandliklari bir holatda saqlanib, elektr toki o’tkazilib, elektroliz jarayoni amalga oshiriladi. Elektrokimyoviy jarayon tugagandan keyin, kran (5) buralib, hosil bo’lgan gaz chiqariladi, bir vaqtning o’zida, byuretka (7) ko’rsatuviga binoan gaz hajmi qayd qilinadi. Bunda aniqlangan gaz hajmi, normal sharoitga keltirilgan holda. Tegishli hisob –kitob ishlarida foydalaniladi va nihoyat sarf bo’lgan elektr toki miqdori ham topiladi.
«Titrlovchi» (v) kulonometrik analiz mohiyatini vanadil ioni (VO²⁺) ning vanadilsulfat eritmasi sharoitida oksidlanishi asosida anglab olish mumkin. Bunda: VO₂+ + 2H₂O → VO^-₃+ 4H⁺ + e kuzatiladi. Ana shunday elektrokimyoviy oksidlanish natijasida hosil bo’lgan vanadat (VO₃^-) ionining miqdori fenilantranil kislotasi (indikator) ishtirokida temir (II)-sulfat (FeSO₄) tuzining eritmasi bilan titrlab topiladi. Ta’kidlash joizki, normal sharoitda sarf bo’lgan 96500 Kl elektr toki 1000 ml hajmdagi temir (II)-sulfat tuzining 1 n eritmasiga ekvivalentdir. 1 Kl tokka 0,1 n eritmaning 0,104 ml hajmi to’g’ri keladi. Aynan vanadiy bilan bog’liq tajribalarga mo’ljallangan «titrlovchi» kulonometr qurilmasining sхemasi 9-rasm (v) da ko’rsatilgan. G’ovaksimon tuzilishdagi shisha to’siq (2) bilan ajratilgan idish (1) ning ikkala qismi ham vanadil sulfat tuzining 0,02 n eritmasi bilan to’ldiriladi. Eritmaga tushirilgan platina elektrodlar (3) elektroliz olib boriladigan idish bilan ketma-ket tok manbaiga ulanadi. Elektroliz jarayoni o’tkazilib tugagandan so’ng, qurilmaning anod o’rnashgan qismidagi eritma kran (4) vositasida konussimon kolbaga quyib olinadi va temir (II)-sulfat bilan titrlanadi [10]. 

2 valentli temir ioni generatsiyasi hamda хrom ionlarining to’la qaytarilishini ta’minlaydigan kulonometrik usul moslamasining sхemasi ko’rsatilgan.
Bunda ishlatiladigan elektrodlarning ikkalasi ham bir хil – platinali elektrodlar eritmaga tushirilgan bo’ladi. Jumladan, 5%-li kaliy sulfat (K₂SO₄) tuzi eritmasiga anod tushirilib, bunda foydalaniladigan idish devorlari g’ovakli tuzilishdagi materialdan tayyorlangan bo’lishini ta’kidlash zarur. U katod elektrodi o’rnashgan nisbatan katta hajmli boshqa idishga joylashtiriladi. Katodli katta idishga analiz qilinadigan eritma quyiladi va elektrolizga uchratiladi [11].