Электрохимические методы анализа почв. Щеглов Д.И - 20 стр.

UptoLike

20
проведения анализа в испытуемый раствор погружают 2 электрода . При
подключении их к источнику постоянного тока электроны из отрицательно
заряженного электрода (катода) переходят на внешние орбиты катионов
раствора, которые вошли в соприкосновение с этим электродом. На поло -
жительном электроде (аноде ) наоборот, электроны анионов при их кон-
такте с анодом покидают их и мигрируют в этот электрод. Рассмотрим это
на примере. Так, при электролизе раствора соли ZnCl
2
на катоде выделя-
ется металлический цинк согласно ОВ реакции: Zn
2+
+ 2e
-
Zn
0
. Син-
хронно на аноде образуется газообразный хлор: 2Cl
-
- 2e
-
Cl
2
. По
окончании электролиза катод вынимают, промывают, просушивают и взве -
шивают. Зная вес сухого исходного катода , легко определить вес осевшего
на него металла . Или же , собирая газ Cl
2,
замерить его объем. А уже по
нему судить о количестве цинка в растворе.
При медленном наращивании (поднятии) напряжения, начиная от 0, в
сложных многокомпонентных растворах первыми в электролиз вступают
(т. е . восстанавливаются и осаждаются на катоде ) менее всего активный
металл. По мере его выделения и падения концентрации в цепи уменьша -
ется сила тока . Снижение тока до фоновых значений как раз и указывает
на завершение осаждения этого металла . Но если после этого снова начать
постепенно увеличивать напряжение на электродах, то рано или поздно на
катоде начнет восстанавливаться и осаждаться следующий (в ряду напря-
жения) химический элемент. С момента начала восстановления очередного
металла в цепи резко возрастает электроток. Последовательность выделе -
ния металлов будет строго соответствовать их ОВ потенциалу в ряду на -
пряжения (или в ряду вытеснения по Бутлерову Н . Н . 1865г). Но, к сожа-
лению, многие соседние металлы имеют очень близкие потенциалы вос-
становления. Вся беда в том, что для полного выделения элемента (хотя бы
до падения концентрации менее 10
4 6
м /л) с момента начала восстановле -
ния и до его полного завершения требуется производить перепад напряже -
ния в электроцепи в 0,3 0,4 В. Отсюда ясно , что электролизное разделение
возможно лишь тех металлов, разность нормальных потенциалов которых
была бы не меньше 0,4 В. В противном случае соседние металлы будут
выделяться и осаждаться на катоде совместно . Например, разделение элек-
тролизом свинца и олова невозможно , так как Е
0
Рb = - 0,12 B, a E
0
Sn =-
0,14 B. Поскольку разность их нормальных потенциалов всего 0,02 В, то
эти металлы при электролизе будут выделяться вместе .
В связи с этим чаще всего определяемые металлы делятся на 5 групп:
1- Ag, Hg; 2- Cu, Bi, As; 3- Pb, Sn; 4- Cd, Ni, Co и Zn, Mn. Металлы этих 5
групп легко отделяются друг от друга , но внутри этих групп их разделить
( обычным электролизом) нельзя. Чтобы осуществить это деление, в анали -
зируемые растворы вводят те или иные комплексообразователи . Они силь -
но и по - разному сдвигают потенциалы их выделения. Так, если у Zn нор-
мальный потенциал равен 0,76 В, то в 1 N KCN (цианистый К ) потенциал
понижается почти в двое и становится равен 1,30 В. Чем прочнее ком-
плексы, тем сильнее изменяется потенциал выделения. Таким образом, с
                                             20
пр о ве де ни я а на ли за в и спытуе м ый р а ство р по гр уж а ю т 2 эле ктр о да . Пр и
по дклю че ни и и х к и сто чни ку по сто янно го то ка эле ктр о ныи з о тр и ца те льно
за р яж е нно го эле ктр о да (ка то да ) пе р е хо дят на вне шни е о р б и ты ка ти о но в
р а ство р а , ко то р ые во шли в со пр и ко сно ве ни е с эти м эле ктр о до м . Н а по ло -
ж и те льно м эле ктр о де (а но де ) – на о б о р о т, эле ктр о ны а ни о но в пр и и х ко н-
та кте с а но до м по ки да ю ти х и м и гр и р ую тв это тэле ктр о д. Ра ссм о тр и м это
на пр и м е р е . Т а к, пр и эле ктр о ли зе р а ство р а со ли ZnCl2 на ка то де выде ля-
е тся м е та лли че ски й ци нк со гла сно О В р е а кци и : Zn2+ + 2e- → Zn0↓. Си н-
хр о нно на а но де о б р а зуе тся га зо о б р а зный хло р : 2Cl- - 2e- → Cl2↑. По
о ко нча ни и эле ктр о ли за ка то д выни м а ю т, пр о м ыва ю т, пр о суши ва ю ти взве -
ши ва ю т. Зна я ве с сухо го и схо дно го ка то да , ле гко о пр е де ли ть ве с о се вше го
на не го м е та лла . И ли ж е , со б и р а я га з Cl2, за м е р и ть е го о б ъе м . А уж е по
не м у суди ть о ко ли че стве ци нка в р а ство р е .
       Пр и м е дле нно м на р а щи ва ни и (по дняти и ) на пр яж е ни я, на чи на я о т0, в
сло ж ных м но го ко м по не нтных р а ство р а х пе р вым и в эле ктр о ли з вступа ю т
(т. е . во сста на вли ва ю тся и о са ж да ю тся на ка то де ) м е не е все го а кти вный
м е та лл. По м е р е е го выде ле ни я и па де ни я ко нце нтр а ци и в це пи ум е ньша -
е тся си ла то ка . Сни ж е ни е то ка до фо но вых зна че ни й ка к р а з и ука зыва е т
на за ве р ше ни е о са ж де ни я это го м е та лла . Н о е сли по сле это го сно ва на ча ть
по сте пе нно уве ли чи ва ть на пр яж е ни е на эле ктр о да х, то р а но и ли по здно на
ка то де на чне тво сста на вли ва ться и о са ж да ться сле дую щи й (в р яду на пр я-
ж е ни я) хи м и че ски й эле м е нт. С м о м е нта на ча ла во сста но вле ни я о че р е дно го
м е та лла в це пи р е зко во зр а ста е тэле ктр о то к. По сле до ва те льно сть выде ле -
ни я м е та лло в б уде т стр о го со о тве тство ва ть и х О В по те нци а лу в р яду на -
пр яж е ни я (и ли в р яду выте сне ни я по Бутле р о ву Н . Н . 1865г). Н о , к со ж а -
ле ни ю , м но ги е со се дни е м е та ллы и м е ю т о че нь б ли зки е по те нци а лы во с-
ста но вле ни я. В ся б е да в то м , что для по лно го выде ле ни я эле м е нта (хо тя б ы
до па де ни я ко нце нтр а ци и м е не е 10–4 –6 м /л) с м о м е нта на ча ла во сста но вле -
ни я и до е го по лно го за ве р ше ни я тр е б уе тся пр о и зво ди ть пе р е па д на пр яж е -
ни я в эле ктр о це пи в 0,3 – 0,4 В. О тсю да ясно , что эле ктр о ли зно е р а зде ле ни е
во зм о ж но ли шь те х м е та лло в, р а зно сть но р м а льных по те нци а ло в ко то р ых
б ыла б ы не м е ньше 0,4 В. В пр о ти вно м случа е со се дни е м е та ллы б удут
выде ляться и о са ж да ться на ка то де со вм е стно . Н а пр и м е р , р а зде ле ни е эле к-
тр о ли зо м сви нца и о ло ва не во зм о ж но , та к ка к Е0 Рb = - 0,12 B, a E0 Sn =-
0,14 B. По ско льку р а зно сть и х но р м а льных по те нци а ло в все го 0,02 В, то
эти м е та ллыпр и эле ктр о ли зе б удутвыде ляться вм е сте .
       В связи с эти м ча ще все го о пр е де ляе м ые м е та ллы де лятся на 5 гр упп:
1- Ag, Hg; 2- Cu, Bi, As; 3- Pb, Sn; 4- Cd, Ni, Co и Zn, Mn. М е та ллыэти х5
гр упп ле гко о тде ляю тся др уг о тдр уга , но внутр и эти х гр упп и х р а зде ли ть
(о б ычным эле ктр о ли зо м ) не льзя. Ч то б ы о суще стви ть это де ле ни е , в а на ли -
зи р уе м ые р а ство р ывво дятте и ли и ные ко м пле ксо о б р а зо ва те ли . О ни си ль-
но и по -р а зно м у сдви га ю тпо те нци а лы и х выде ле ни я. Т а к, е сли у Zn но р -
м а льный по те нци а л р а ве н – 0,76 В, то в 1 N KCN (ци а ни стый К) по те нци а л
по ни ж а е тся по чти в дво е и ста но ви тся р а ве н – 1,30 В. Ч е м пр о чне е ко м -
пле ксы, те м си льне е и зм е няе тся по те нци а л выде ле ни я. Та ки м о б р а зо м , с