(TIỂU LUẬN) CHƯƠNG 5 điện cực và PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH đo điện THẾ (electrodes and potentiometry)

Khái niệm: Phương pháp phân tích đo điện thế là phương pháp xác định nồng độ các chất dựa vào sự thay đổi thế điện cực khi nhúng vào dung dịch phân tícho Một điện cực như thanh Pt có t

CHƯƠNG 5

PHÂN TÍCH ĐO ĐIỆN THẾ

Electrodes and Potentiometry

Potential of the cell

only depends on [Fe 2+ ] &

[Fe 3+ ]

Reference electrode, [Cl - ]

is constant

Reference electrode, [Cl - ] is constant

Pt wire is indicator electrode whose potential responds

to [Fe 2+ ]/[Fe 3+ ] Unknown solution of

[Fe 2+ ] & [Fe 3+ ]

Khái niệm: Phương pháp phân tích đo điện thế là phương pháp xác định nồng độ các chất dựa vào sự thay đổi thế điện cực khi nhúng vào dung dịch phân tích

o Một điện cực như thanh Pt có thể nhúng vào một dung dịch

chưa biết nồng độ, điện cực này có thể nhận electron hoặc chuyển electron đến chất phân tích Điện cực này phản hồi với chất phân tích nên nó được gọi là điện cực chỉ thị

o Chúng ta nối nửa pin này với nửa pin còn lại qua 1 cầu muối.

Nửa thứ hai của pin có thành phần cố định, nó có điện thế là không đổi (Được gọi là điện cực so sánh ) Điện thế của pin là sự khác nhau giữa thế của điện cực chỉ thị và điện cực so sánh.

Điện thế tiếp xúc (liquid-junction potentials )

o Điện thế tiếp xúc xuất hiện dọc theo lớp tiếp xúc giữa các dung dịch

điện ly có thành phần khác nhau.

o Điện thế này không lớn và xuất hiện cuối của cầu muối Gây ảnh hưởng

trực tiếp đến độ chính xác của việc đo điện thế vì chúng ta thường không biết giá trị của điện thế tiếp xúc góp phần và thế đo được là bao nhiêu.

5.1 Các điện cực so sánh ( Reference Electrode )

Yêu cầu:

 Bền theo thời gian

 Có điện thế đã biết trước chính xác

 Điện thế phải lặp lại

 Điện thế phải duy trì không đổi khi có dòng điện nhỏ chạy qua

Điện cực so sánh bạc-bạc clorua

(Silver-Silver Chloride Reference Electrode)

Phương trình điện cực

Thế khử tiêu chuẩn E° cho phản

ứng này là +0,222V Nếu pin

được bão hòa với KCl ở 25°C,

Điện thế của điện cực là:

Điện cực calomen (Calomel electrode)

Điện cực calomen trên hình dựa trên phản ứng điện cực

o Điện cực calomen bão hòa được viết tắt là

S.C.E (saturated calomel electrode).

o Sự thuận tiện trong việc sử dụng KCl là [Cl - ]

là không thay đổi khi chất lỏng bay hơi.

5.2 Các điện cực chỉ thị ( Indicator Electrode )

o Một điện cực chỉ thị lý tưởng phản hồi nhanh chóng và lặp lại với sự

thay đổi nồng độ của một ion chất phân tích.

o Các điện cực chỉ thị được chia làm ba loại: kim loại, màng và các bóng

bán dẫn chọn lọc ion.

Các điện cực kim loại

Là loại điện cực trơ – nó không tham gia vào phản ứng Điện cực này có nhiệm vụ đơn giản là chuyển vào hay nhận các electron từ trong dung dịch.

 Điện cực kim loại phổ biến nhất là điện cực platin.

 Các điện cực vàng có phần trơ hơn Pt.

Phương thức làm việc của điện cực bạc khi nó

kết hợp với điện cực so sánh để đo nồng độ Ag+

Addition of 100,0

and

103,0 mL of AgNO3

Các điện cực chọn lọc ion (Ion-Selective Electrode, ISE)

o Trong số các phương pháp phân tích điện hóa hiện đại, phương pháp điện thế sử dụng điện cực màng chọn lọc ion đã và đang sẽ là một phương pháp được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau

: như nghiên cứu cơ bản, nghiên cứu ứng dụng, phân tích môi trường và y tế Nhờ đặc tính chọn lọc với một hoặc nhóm ion nhất định.

o Điện cực chọn lọc ion khác với điện cực kim loại nó không bao gồm

quá trình oxy hóa khử.

o Một điện cực chọn lọc ion lý tưởng cấu tạo bằng một màng mỏng

trong đó chỉ có các ion phân tích mới có thể đi qua.

o Sự dịch chuyển ion từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp

thông qua sự liên kết chọn lọc với một số ví trị trong màng và tạo nên sự chênh lệch về điện thế.

o Các điện cực màng đôi khi còn được gọi là điện cực p Ion bởi vì các số liệu nhận được thường được biểu diễn dưới dạng hàm p- chẳng hạn p H ,

p Ca hay p NO 3

lọc ion luôn có anion kỵ nước R - và R - không bị hòa tan vào dung dịch.

 A - cũng không thể đi vào màng vì

nó không hòa tan trong dung môi hưu cơ.

 Màng chứa lượng dư L, hầu như ion phân tích trong màng liên kết với

L tạo LC + , nó cân bằng với một lượng nhỏ của C + ở dạng tự do.

 C + có thể khuyếch tán qua bề mặt của màng.

 Do đó một vài ion C + có thể khuyếch tán từ màng vào dung dịch phân tích, tại đó sẽ dư điện tích dương.

 Sự mất cân bằng này tạo ra một điện thế.

 Khi C + khuyếch tán từ màng vào dung dịch thì sự thay đổi năng lượng

tự do là:

Điện thế xuất hiện ở bề mặt ngoài của màng:

Điện cực thủy tinh để đo pH

o Điện cực thủy tinh được sử dụng để

đo pH là loại điện cực phổ biến nhất

trong các loại điện cực ion.

o Một loại điện cực tổ hợp thủy tinh pH kết hợp cả thủy tinh và điện cực so sánh trong cùng một thân.

o Sơ đồ của pin có thể viết như sau:

Đện thế của điện cực thủy tinh:

β: hiệu suất điện động (xấp xỉ bằng 1, thường thì >0,98)

Ví dụ: Chuẩn độ 10,00 mL axit mạnh NaOHHCl bằng NaOH 0,1000M, giả sử

nếu điện thế tại điểm tương đương

là –150 mV Nếu dừng chuẩn độ ở

pH = 9 thì điện thế của dung dịch

bằng bao nhiêu? (coi điện cực là lý HCl

tưởng và nhiệt độ là 25°C)

Example: A Heparin Sensor

- Voltage response is proportional to heparin concentration in blood

- Sensor is selective for heparin

heparin

Negatively charged heparin

binds selectively to positively

charged membrane.

Binding generates potential difference.

Potential is

proportional

to [heparin]

Câu hỏi ôn tập

thế của điện cực bạc-bạc clorua, điện cực calomen bão hòa.

Hãy dự đoán giá trị E của điện cực calomen nếu E° của nó là 0,268V.

(điện cực calomen) = 0,268 V, E (điện cực calomen, KCl 1M) = 0,280V.

cực kim loại, lấy ví dụ cho mỗi loại điện cực.

trị điện thế tiếp xúc ảnh hưởng như thế nào đến việc phân tích? Làm thế nào để làm giảm điện thế tiếp xúc?

điện dương.

cực thủy tinh trước khi đo pH Hãy giải thích các sai số gây ra khi sử dụng điện cực thủy tinh trong môi trường pH quá cao và quá thấp.

đương là – 150 mV, nếu dừng chuẩn độ ở pH = 9 thì điện thế của dung dịch bằng bao nhiêu? (coi điện cực là lý tưởng và nhiệt độ là 25°C)

10 A glass pH electrode was found to have a potential of –0.0412 V when used with

a buffer of pH 6.00 An unknown solution was found to have a potential of gf–0.2004

V What is the pH of this unknown solution?

solution What is the pH of an unknown if that pH electrode responds with a voltage

of 0.363 V.

1.00e-3 M solution The response of this electrode in an unknown solution of F- is 0.407 V What is [F-] for that unknown solution?

solution of 6.87e-3 M That same electrode was to have a potential of 0.4464 V in

unknown?