Электрохимические методы анализа почв. Щеглов Д.И - 4 стр.

UptoLike

4
тионам Zn
2+
раствора, которые за счет диффузии входят с ним в контакт.
Но это отчуждение электронов не приводит к возвращению исходного по -
тенциала электрода. Причина в том, что депонированные катионам Zn
2+
электроны тот час же восполняются подачей их от аккумулятора. И сизи -
фов труд начинается снова . Иначе говоря, эту новую порцию электронов
электрод снова и снова перебрасывает на электронные орбиты катионам
Zn
2+
раствора. Нейтрализованные катионы восстанавливаются до металла
и осаждаются на электроде . В итоге содержание ионов Zn
2+
в растворе
уменьшается, а масса катода растет. И так будет продолжаться до тех
пор, пока не разрядится аккумулятор, или пока в растворе буду катионы
цинка Zn
2+
или пока полностью не растворится медный анод. После ос-
мысления всего сказанного не трудно понять , что электрохимические ме-
тоды основаны на использовании зависимости электрических характери-
стик от природы и концентрации веществ в растворах.
Электрохимические методы подразделяются на: 1- методы, основан-
ные на электродных реакциях в отсутствии тока потенциометрия; 2- ме-
тоды, основанные на воздействии электротока кулонометрия, электро-
гравиометрия и полярография и 3- методы без учета электродных реакций
кондуктометрия. Во всех этих методах электрические показатели (сила
тока , напряжение и сопротивление) являются аналитическими сигналами,
указывающими на состав и концентрацию исследуемого раствора. Методы
характеризуются высокой точностью и хорошей воспроизводимостью в
интервале чувствительности от 1 до 10
9
М .
2. Потенциометрические методы . Суть вопроса. В почвоведении
потенциометрические методы нашли широкое применение для : 1- измере-
ния концентрации и активности ионов в почвах и их вытяжках и 2- изме-
рения окислительно -восстановительного потенциала (ОВП или Е h) почвы.
Достоинством этого метода является простота аппаратуры и техники изме-
рения. Впервые метод потециометрии был применен для определения ак-
тивности водородного иона (рН) в почве в начале 20 века . Начиная с 30-х
годов в практике почвоведения нашел применение метод измерения ОВП.
Первые полевые наблюдения за ОВП были выполнены Н . П. Ремезовым в
1928 году. (в 50-х годах он был заведующим на кафедре почвоведения
ВГУ). Он же составил и первое руководство «Физико -химические методы
исследования почв» в 1931 году. В настоящее время разработано и внедре-
но много новых ионоселективных (т. е . избирательных) электродов. Они
позволяют быстро и надежно определять активность многих ионов макро-
и микроэлементов.
2.1. Понятие активности ионов. Как известно из химии, многие со -
единения в растворах диссоциируют на катионы и анионы. Некоторая
часть этих ионов в растворе может вновь образовывать отдельные молеку-
лы. В результате ионы раствора проявляют свои свойства в заниженном
количестве , чем следует ожидать с учетом массы растворенного вещества .
На основе этого явления Г . Льюис в 1915 г. ввел понятие «активной кон-
центрации» или просто «активности ионов». Во все случаях активность
ионов зависит от концентрации растворов и подчиняется уравнению: а =
                                              4
ти о на м Zn2+ р а ство р а , ко то р ые за сче тди ффузи и вхо дятс ни м в ко нта кт.
Н о это о тчуж де ни е эле ктр о но в не пр и во ди тк во звр а ще ни ю и схо дно го по -
те нци а ла эле ктр о да . Пр и чи на в то м , что де по ни р о ва нные ка ти о на м Zn2+
эле ктр о ны то тча с ж е во спо лняю тся по да че й и х о та ккум улято р а . И си зи -
фо в тр уд на чи на е тся сно ва . И на че го во р я, эту но вую по р ци ю эле ктр о но в
эле ктр о д сно ва и сно ва пе р е б р а сыва е т на эле ктр о нные о р б и ты ка ти о на м
Zn2+ р а ство р а . Н е йтр а ли зо ва нные ка ти о ны во сста на вли ва ю тся до м е та лла
и о са ж да ю тся на эле ктр о де . В и то ге со де р ж а ни е и о но в Zn2+ в р а ство р е
ум е ньша е тся, а м а сса ка то да – р а сте т. И та к б уде т пр о до лж а ться до те х
по р , по ка не р а зр яди тся а ккум улято р , и ли по ка в р а ство р е б уду ка ти о ны
ци нка Zn2+ и ли по ка по лно стью не р а ство р и тся м е дный а но д. По сле о с-
м ысле ни я все го ска за нно го не тр удно по нять, что э л ектр о хи м и чески е м е-
то ды о сно ваны на и спо л ь зо вани и зави си м о сти э л ектр и чески х хар актер и -
сти к о т пр и р о ды и ко нцентр аци и веществ в р аство р ах.
       Э ле ктр о хи м и че ски е м е то ды по др а зде ляю тся на : 1- м е то ды, о сно ва н-
ные на эле ктр о дных р е а кци ях в о тсутстви и то ка – по те нци о м е тр и я; 2- м е -
то ды, о сно ва нные на во зде йстви и эле ктр о то ка – куло но м е тр и я, эле ктр о -
гр а ви о м е тр и я и по ляр о гр а фи я и 3- м е то ды б е з уче та эле ктр о дных р е а кци й
– ко ндукто м е тр и я. В о все х эти х м е то да х эле ктр и че ски е по ка за те ли (си ла
то ка , на пр яж е ни е и со пр о ти вле ни е ) являю тся а на ли ти че ски м и си гна ла м и ,
ука зыва ю щи м и на со ста в и ко нце нтр а ци ю и ссле дуе м о го р а ство р а . М е то ды
ха р а кте р и зую тся высо ко й то чно стью и хо р о ше й во спр о и зво ди м о стью в
и нте р ва ле чувстви те льно сти о т1 до 10 – 9 М .
       2. Потенц иом етрич ес к ие м етоды . С ут ь вопрос а . В по чво ве де ни и
по те нци о м е тр и че ски е м е то ды на шли ши р о ко е пр и м е не ни е для: 1- и зм е р е -
ни я ко нце нтр а ци и и а кти вно сти и о но в в по чва х и и х вытяж ка х и 2- и зм е -
р е ни я о ки сли те льно -во сста но ви те льно го по те нци а ла (О В П и ли Еh) по чвы.
До сто и нство м это го м е то да являе тся пр о сто та а ппа р а тур ыи те хни ки и зм е -
р е ни я. В пе р вые м е то д по те ци о м е тр и и б ыл пр и м е не н для о пр е де ле ни я а к-
ти вно сти во до р о дно го и о на (р Н ) в по чве в на ча ле 20 ве ка . Н а чи на я с 30-х
го до в в пр а кти ке по чво ве де ни я на ше л пр и м е не ни е м е то д и зм е р е ни я О В П.
Пе р вые по ле вые на б лю де ни я за О В П б ыли выпо лне ны Н . П. Ре м е зо вым в
1928 го ду. (в 50-х го да х о н б ыл за ве дую щи м на ка фе др е по чво ве де ни я
В Г У ). О н ж е со ста ви л и пе р во е р уко во дство « Ф и зи ко -хи м и че ски е м е то ды
и ссле до ва ни я по чв» в 1931 го ду. В на сто яще е вр е м я р а зр а б о та но и вне др е -
но м но го но вых и о но се ле кти вных (т. е . и зб и р а те льных) эле ктр о до в. О ни
по зво ляю тб ыстр о и на де ж но о пр е де лять а кти вно сть м но ги х и о но в м а кр о -
и м и кр о эле м е нто в.
       2.1. Пон я т и е а к т и вн ост и и он ов. Ка к и зве стно и з хи м и и , м но ги е со -
е ди не ни я в р а ство р а х ди ссо ци и р ую т на ка ти о ны и а ни о ны. Н е ко то р а я
ча сть эти х и о но в в р а ство р е м о ж е твно вь о б р а зо выва ть о тде льные м о ле ку-
лы. В р е зульта те и о ны р а ство р а пр о являю т сво и сво йства в за ни ж е нно м
ко ли че стве , че м сле дуе то ж и да ть с уче то м м а ссы р а ство р е нно го ве ще ства .
Н а о сно ве это го явле ни я Г . Лью и с в 1915 г. вве л по няти е « а кти вно й ко н-
це нтр а ци и » и ли пр о сто « а кти вно сти и о но в». В о все случа ях а кти вно сть
и о но в за ви си т о т ко нце нтр а ци и р а ство р о в и по дчи няе тся ур а вне ни ю : а =