T. Q. Ortiqov, O. M. Nazarov Analitik laborant va fizik-kimyoviy tekshirish usullari

(4соат)
Ишнинг мақсади: Потенциометрик методлар билан анализлар ўтказишни ўрганишни ўрганиш.
Керакли асбоблар:Ионометр
Адабиётлар:
1. И.Н.Ниёзалиев ва бошқалар. «Агрокимёдан амалий машғулотлар». Тошкент, 1989
2. Б.А.Ягодин и др. «Практикум по агрохимии». Москва. Агропромиздат, 1987
3. А.С.Радов, И.В.Пустовой. «Практикум по агрохимии». Москва, 1971
4. П.И.Воскресенский«Техника лабораторных работ». Москва, Химия, 1967
5. Г.Г.Русин. «Физико-химические методы анализа в агрохимии». Москва. Агропромиздат, 1990
6. Н.Г.Зарын, Д.С.Орлов. «Физико-химические методы исследования почв». Москва.МГУ,1964
7. «Методы агрохимических анализов почв средней Азии». Тошкент, 1973
8. К.Розиқов, Э.Ўринов, М.Қодирхонов «Моддалар таҳлили ва тадқикотнинг физик-кимёвий усуллари» Тошкент, Ўзбекистон миллий энциклопедияси, 2003

Потенциометрия экспресс метод ҳисобланади. Мураккаб бўлмаган асбоб-ускуналарни (потенциометр ва ионометрларни) ишлата туриб эритма суспензияларда ҳар хил ионларнинг концентрациясини (активлигиниюқори аниқликда ва тез топиш мумкин. Агрокимёвий тадқиқотларда катионлар (H⁺,K⁺,Na⁺,Li⁺ва бошқалар) ва анионларнинг (NO^-₃, Cl^-, Br^-, I^-,)ва концентрациясини тупроқда ва ўсимликда. Ҳамда тупроқнинг оксидловчи-қайтарувчи ҳолатини аниқлаш учун айниқса потенциометрик метод кенг қўлланилади.

Потенциометрик метод қаттиқ ва сюқ фазаларнин ажралиш чегарасида ҳосил буладиган оксидланишғкайтарилиш потенциалининг катталигини ўлчашга асосланганагар металл электродни (пластинкани ёки симни) эритмага жойлаштирсак. Унда эритувчининг (мисол учун. сувнинг) қутбланган молекулалари таъсири остида юзада жойлашган металл катионларининг бир кисми гидратлаша туриб эритмага ўтиради ва металнинг кристаллик панжарасида қолган эритмага эркин ўтиш ҳолатида бўлмаган катионлар билан биргаликда металл эритма чегарасида тупланади. Бунинг натижасида маълум бир электрод потенциали ҳосил бўлади. Бу процесс қайтар процессдир. Металл катионларининг эритмага ўтиши оксидланиш билан бир қаторда уларнинг бир кисми қайта эритмадан металл кристалл панажараларининг юзасига чукади (қайтарилиш)^

М е Меⁿ + n

Бу процеснинг қайтарлиги металдан эритмага ўтган катионларнинг миқдори кўпайиши Билан эритма юзасида потенциалнинг ошиши, эритма металл ионларининг кейинги ўтишига тўсқинлик килиши ва бунда аксинча электрод юзасида катионларнинг чўкиш тезлиги (қайтарилиши) анча ошиши билан боғланган ва шунинг хисобига келиб чикади. Шуни айтиш керакки. Эритмага утган металл ионлари суюқликнинг хамма ҳажми бўйича бир хил тарқалмайди ва электронларнинг электростатик тортишиши таъсирида иккита электрик қават ҳосил қилиб электрод юзасида концентрланади. Агар катионларнинг металдан эритмага ўтиш тезлиги ва аксинча эритмадан металнинг кристалл панжарасига чўкиш тезлиги тенг (бир хил ) бўлса. Электрокимёвий мувозанати ўрнатилади электроднинг юзаси билан эритманинг электродга жипс турган каватидаги катионлари уртасида пайдо бўладиган потенциал мувозанатли потенциал деб аталади. У металнинг табиатига. Эритманинг ҳароратига ва таркибига боғлиқ. Ҳар хил металлар ўзининг кристалл панжараси мустаҳкамлигининг ҳар хиллиги билан бир биридан фарк қилади. Демак. Эритмага ўзининг катионларини бериш кобилияти билан ҳам фарқ қилади. Шунинг учун уларнинг мувозанат потенциаллари ҳам ҳар хил бўлади. Мустаҳкам кристалл панжарали металлар (пластина. Олтин ва ҳ.к.) ўзининг ионларини эритмага кучсиз (кам ) беради ва аксинча эритмадан чўккан бир хил ишорали катионларни ўзининг юзасида юқори қобилият билан ушлаб туришга (чўктиршга) эга. Бунинг натижасида электрод ортиқча мусбат зарядга. Эритманинг электрод атрофидаги қавати ундаги қолган компенсациялашмаган анионлар ҳисобига манфий зарядга эга бўлади. Металл панжараси унчалик мустаҳкам бўлмаган металлар активдир. Улар эритмага ўзининг катионларини осон беради. Шунинг учун улардан тайёрланган электродлар кўп манфий мувозанатли потенциалга эга.
Электрод потенциали эритмадаги тузларнинг потенциалига ҳам бғлик. Юқорида қароалганда динамик мувозанатдан қуйидагилар келиб чикади. Эритмада металл катионларининг концентрациясининг ошиши метал электроднинг юзасидан эритмага ионларнинг ўтишига тўскинлик килади. Бунинг натижасида мувозанат потенциали кўпроқ мусбатлашади. Мувозанат электрод потенциалининг эритма концентрацияси билан боғлиқлиги Нернст тенгламаси билан ифодаланади.

Е = Е0 +	2, 3 RT	Lg C ёки Е = Е0 +	0,059	lgC
	n F		n

Бу ерда: Е₀ - стандарт электрод потенциал (1н. Эритманинг потенциали);

R – 8,31 Ж/град-¹/мол^-1 га тенг, газ доимийси;
Т- абсолют ҳарорат (-273⁰)
Ғ – 96500 к/л га тенг Фарадей сони ;
N – ион заряди;
С – эритмадаги металл ионларининг концентрацияси;
2,3 – натурал логарифмни ўнлик ллогарифмга ўтказиш коэффициенти;
0,059 – 2,3 RT * Ғ^-1 га тенг коэффициент.
Оксидланиш кайтарилиш реакцияларида электрод потенциали эритмадаги оксидловчи ва кайтарувчи концентрациясидан боғлиқ ҳолда юзага келади.

Е = Е0 +	0,059	lg	ОХ
	n		Rеd

Бу ерда: ОХ ва Rеd- мос равишда эритмадаги оксидланган ва кайтарилган формадаги ионларнинг концентрацияси;

Е₀ - стандарт электрод потенциали, яъни оксидловчи ва кайтарувчи концентрацияси 1 н га тенг эритма потенциали.
Алоҳида олинган электролнинг потенциалини бевосита ўлчаш мумкин эмас, шунинг учун бу потенциални ҳамма вақт стандарт водородли электродга ёки потенциали аниқ бўлган электродга нисбатан аниқлайди.
Потенциометрияда электродларни танлаш энг мухим момент ҳисобланади. Потенциометрияда қўлланиладиган бир қанча типдаги электродлар маълум. Индикатор ва ёрдамчи электродларни танлаш энг олдин ечиладиган вазифанинг характери кечадиган реакцияларнинг типии билан аникланади. Эритманинг оксидланиш-қайтарилиш потенциалини ўлчаш учун коида бўйича ўзлари реакцияда қатнашмайдиган, фақат оксидланиш-қайтарилиш системасинингэлектронларини ўтказиш (бир жойдан иккинчи жойга олиб бериш) учун хизмат қиладиган асл металлар (платинадан ёки олтиндан) тайёрланган индефферентли индикатор электродлар ишлатилади. Бундай инерт электроднинг потенциали фақат ушбу системанинг потенциали билан аникланади.
Алоҳида ионларнинг концентрациясини ўлчашда потенциали эритмадаги ионлар активлигига фу нкционал боғлиқ бўлган индикаторли электродлар қўлланилади. Бундай электродлар қайтар электродлар деб аталади. Катион ҳамда анионларга кайтар ҳамда алоҳида ионларга нисбатан маълум бир селективликка эга бўлган электродлар маълум. Потенциал ионлари активлигининг логарифмига боғлиқлигини эритмаларда водород, литий, натрий, калий, нитрат, хлор ва бошқа ионларни концентрациясининг юқори аниқликда тортишга имкон берадиган металл, шиша ва охирги пайтда кенг тарқалган сезгирлиги юқори ионоселектив электродлар характеристикалайди.
Шиша электрод – махсус ингичка деворли шишадан охирги шарча Билан тугайдиган трубка куринишида тайёрланади шарчанинг ичига буфер эритмаси ва ток ўтказиш функциясини бажарувчи стабил потенциалли электрод жойлаштирилган шиша электроднинг ишлагш принципи қуйидагилардан иборат. Электродни эритмага ботирганимизда шишадаги мавжуд ишкорий металлар ионлари эритма ионлари Билан алмашинади, бунинг натижасида шиша шарчанинг ташқи юзасида эритмадаги аниқланаётган ионларнинг концентрациясига боғлиқ маълум бир мувозанат электрод потенциали ҳосил бўлади. Шарчанинг ички деворининг потенциали металл электродга нисбатан доимий, чунки улар доимий таркибга эга бўлган буфер эритмаси Билан ўзаро таъсирда бўлади. Шунинг учун шиша электроднинг потенциали факат шиша шарчанинг ташқи юзасининг потенциали Билан аниқланади ва рХнинг (рН, рNa, pK, pNO₃ ва ҳ.к.) функцияси ҳисобланади.
ЭВ-74 ионометрида ишлаш тартиби. рН ни аниқлаш учун мўлжалланган шиша электродлар иш бошланишидан олдин хлорид кислотанинг 0.1 М эритмасида 8-10 соат давомида ивитилиди. Кейин бир неча марта дистилланган сув билан синчиклаб ювилади. Филтр қоғози билан қуритилади ва буфер эритмага жойлаштирилади. Прибор унинг орка деворидаги “Изм” уясига датчикнинг охиридаги штекерни қўшиб датчикни улаймиз. Ёрдамчи таққослаш электроди калий хлоридининг тўйинган эритмаси билан тўлдирилади. Прибор электр тармоғига уланади ва 50-60 минут давомида қизитилади. Кейин отвёртка ёрдамида галвонаметрнинг нолига корректирланалади. ЭВ – 74 универсал иономери ўзининг конструкцияси бўйича кўп жиҳатдан рН-121 рН метрии Билан ўхшаш. Ўзгартиргичнинг олдинги панелида оператив бошқариш ва кўрсатувчи прибор (шкала)1 нол корректори билан, орқа девор панелида ёқиш қурилмаси жойлашган. Кўрсатувчи приборнинг шкаласи қуйидаги ракамланишга эга:
«-1 ÷ 19» - кенг диапозонда ўлчаш учун, «0-5»- тор диапозондп ўлчаш учун. Ўнғай бўлиши учун «-1 ÷ 4» диапозон қушимча рақамланишга эга. Ўлчанадиган эритманинг ҳарорат компенсацияси учун «0-100» рақамланиш ишлатилади.
Оператив бошқариш органиларига қуйидагилар киради: «Сеть» тумблери, «Калибровка», «Крутизация», «рХ» ва «Температура раствора» ўзгарувчан резисторларнинг туткичлари; диапозон танлашнинг бешта кнопкаси - 2, иш турини танлаш кнопкалари – 3.
«анионы/катионы(±)» кнопкаси анионлар ёки мусбат потенциалларнинг активлигини унинг босилмаган ҳолатида ўтказишга имкон беради. Босилган ҳолатида катионлар ёки манфий потенциаллар (ЭЮКни аниқлашда) активлиги аниқланади. «Х/Х» кнопкаси икки валентли ионлар активлигини аниқлашда босилади; бир валентли ионларнинг активлигини аниқлашда у босилмаган ҳолатда бўлади. Агар прибор иономер режимида ишласа, яъни рХ ўлчанса, унда ЭЮК ни ўлчашда «рХ» кнопка босилган бўлиши керак; агар прибор милливолтметр режимида ишласа, унда «mV» кнопка босилади. Ҳарорат урнатилаётганда “t” кнопкасибосилади. Агар ўлчаш бевосита ўтказилмаса. Унда бу кнопка ҳар доим босилган бўлиши керак. «Калибровка», «Крутизиа» ва «рХ» резисторлари приборни маълум бир электрод системасига ростлаш учун хизмат қилади. Прибор нафакат электрокимёвий системалар (кумуш хлорли – шиша электрод) Билан балки кумуш хлорли – мембранли электродлар билан ишлаши мумкин. Бу типдаги аппаратлар (рН-121 ҳам бу типга киради) ўзгартиргичлар деб аталади. Чунки улар электрик катталикни электрокимёвий системаларнинг (датчикнинг) ЭЮК ни - ноэлектрик катталикка – ионлар активлигига айлантиради.
Бевосита рХни аниқлашдан бошқа бир прибор билан ҳар қандай электрокимёвий системанинг -100 дан +1900 мВгача ва +100 дан -1900 мВгача чегарада ЭЮК катталиги бўйича ионларнинг активлигини ёки концентрациясини олдиндан тузилган калибрлаш графиги бўйича топиш мумкин.
Приборни ростлаш учун кимёвий стаканчага рН 1,68 бўлга буфер эритмаси қуйилади ва унга электродлар туширилади ҳарорат корректори буферли эритманинг ҳароратига тўғри келадиган белги каршисига ўрнатилади. Потенциометрнинг «Еи» ростлаш ручкаси (туткичи) ўрта ҳолатга ўрнатилади. Ўчириб ёққич (переключателб) «Размах» «-1 – 19 рН» ҳолатига ўтказилади, «Еи» ва «Грубо» потенциометри Билан галвонаметрнинг стрелкаси «1,68 рН» ҳолатига корректирланади. Бу нуқтага стрелка «Еи» потенциометрии Билан анча равон олиб келинади. Электродлар дистилланган сув Билан чайкалади, филтр қоғози Билан куритилади ва кейин улар рН – 4,58 бўлган буфер эритмага жойлаштирилади. Ўлчаш диапозонининг кнопкаси «4-9 рН» ҳолатига ўтказилади (қўшилади) вар Н ни корректирлайди (оғиш 0,05 дан ошмаслик керак). Кейин Яна «-1-19» ҳолатида бошқа стандарт буфер эритмаларнинг рН қиймати текширилади. (рН нинг 4-9 диапозонида 6,88 ва рН нинг 8-11 диапозонида 9,22). Агар рН оғиши ҳамма диапозонларда 0,05 дан ошмаса, ростлаш тугатилди деб ҳисобланади синалаётган эритмаларнинг рН ини ўлчашга киришиш мумкин. Айрим пайтлар приборни ростлаш анализ килинаётган эритманинг рН катталигига яқин рН катталигига эга бўлга бита буфер эритма бўйича ўтказилади.бунинг учун электродлар синалаётган эритма бор стаканчага жойлаштирилади, «пределы измерения» ўчириб-ёққича ўлчанадиган эритманинг рН диапозонига тўғри келадиганҳолатга ўрнатилади ва кўрсатиш (рН) ҳисоби олинади. Агар эритма рН и ноаниқ бўлса ўлчаш олдин рН нинг -1 дан 19 гача диапозонида ўтказилади. Кейинчалик олинган натижаларга қараб, ўчириб-ёққич керакли диапозонга ўрнатилади. Кўрсатиш ҳисоби ионаметр галванометрининг стрелкаси стабиллашгандан кейин олинади. (1-2 минутдан кейин).
Эритмадаги Na ва К ионларининг активлигини ўхшаш усул билан улчаш ва олинган рNa ва рК катталиги бўйича ҳисоблаб чикиш мумкин. Бундай ҳолларда ўлчаш электроди сифатида ЭСЛ-51г-04 ва ЭСЛ – 51г-05 шиша электродлар ёки ЭМ –К – 01 ва бошқа мембранли электродлар ва ёрдамчи электрод сифатида ҳар хил конструкцияли электродлар ишлатилади.
Натрийли, калийли ва бошқа (мисол учун, нитратли) электродлар ишлатилишидан олдин уларга мос равишдаги тузларнинг NaCl, KCl, KNО₃0,1 М эритмаларида 6-8 соат давомида ивитилади (ҳўлланилади). Приборни калибрлаш учун аниқланадиган ионнинг концентрацияси маълум бўлган стандарт контрол эритмаларнинг серияси ишлатилади.стандарт эритмалар фиксаналлардан ёки кимёвий тоза икки марта қайта кристалланган тузлардан тайёрланади. Приборни ростлаш ва эритмадаги ионларнинг концентрациясини ўлчаш рН ни -1 – 19 диапозондп ўлчашга аналогик равишда ўтказилади.чунки рН шкаланинг рақамлари рХ нинг рақамларига тўғри келади.