1 Электрохимия Гальванические элементы 2 План лекции
galyvanicheskie_elementy.ppt
- Размер: 139.0 Кб
- Автор:
- Количество слайдов: 28
Описание презентации 1 Электрохимия Гальванические элементы 2 План лекции по слайдам
1 Электрохимия Гальванические элементы
2 План лекции Общие понятия Расчет ЭДС гальванических элементов Диффузионный потенциал Мембранный потенциал Потенциометрия
3 Гальванический элемент Устройство, состоящее из двух электродов, дающее возможность получать электрический ток в результате химической реакции
4 Цинк-медный гальванический элемент Якоби-Даниэля Катод (С u ): Cu 2+ + 2 e- = Cu ° Анод ( Zn) : Zn ° = Zn 2+ + 2 e-
5 ЭДС гальванического элемента, составленного из двух металлов Из потенциала положительно заряженного электрода вычитают потенциал отрицательно заряженного электрода ЭДС = Еcu — ЕZn 0 , 2 T Е cu = E °Cu + —- lg a(Cu 2+ ) n 0 , 2 T Е Zn = E °Zn + —- lg a(Zn 2+ ) n 0 , 2 T a(Cu 2+ ) ЭДС = E ° Cu — E °Zn + —— lg —— n a(Zn 2+ )
6 ЭДС зависит от: Положения металлов в ряду напряжений Соотношения ионов взятых растворов
7 Концентрационный гальванический элемент Гальванический элемент, состоящий из одинаковых полуэлементов, различающихся только концентрациями растворенного вещества Анод: Ag ° Ag + + 1 e — Катод: Ag + + 1 e — Ag °
8 ЭД C концентрационного гальванического элемента ЭДС = ЕAg 1 – EAg 2 0 , 2 T Е Ag 1 = E °Ag 1 + —- lg a(Ag 1 ) n 0 , 2 T Е Ag 2 = E °Ag 2 + —- lg a(Ag 2 ) n 0 , 2 T a(Ag 1 ) ЭДС = —— lg —— n a(Ag 2 ) ЭДС элемента зависит от соотношения активностей ионов и быстро падает во времени
9 Измеряя ЭДС концентрационного элемента можно практически определить: Активность ионов Коэффициент активности ионов Неизвестную концентрацию раствора а = f
10 Пример Цепь из двух водородных электродов: нормального – электрод сравнения и заполненного исследуемым раствором с неизвестной концентрацией Н+ – электрод определения ЭДС = Е Н ° – ЕНХ ; ЕН ° = 0; 0 , 2 Т Е НХ = ЕН ° + —— lg[H+ ] n 0 , 2 Т ЭДС = 0 – —— lg[H + ] ; ЭДС = 0, 2 Т р. Н n ЭДС р. Н = —— 0 , 2 Т
11 Диффузионный потенциал Разность потенциалов, возникающая на границе раздела между двумя неодинаковыми по составу или по концентрации растворами l( H + ) = 315 Ом-1 см 2 l( Cl — ) = 65 , 5 Ом -1 см
12 Диффузионный потенциал усредняет скорости движения ионов при сохранении скачка потенциала на границе раздела растворов разной концентрации В результате движения ионов в электролитическом мостике возникает диффузионный потенциал, направленный противоположно ЭДС гальванического элемента Его влияние устраняют, включая между растворами электролитов насыщенный раствор KCl или KNO 3 , так как подвижности ионов примерно одинаковы: l ( K + ) = 64 , 4 Ом-1 см 2 l ( Cl — ) = 65 , 5 Ом-1 см
13 Диффузионные потенциалы в биологических объектах Потенциал повреждения (поврежденная ткань заряжается отрицательно) составляет 30 – 40 м. В
14 Межфазовые потенциалы Возникают: На границе раздела между двумя несмешивающимися жидкостями; обусловлены неодинаковой растворимостью в них веществ На поверхности макромолекул в результате избирательного сродства поверхности к различным ионам
15 Мембранный потенциал Потенциал, возникающий на мембране с избирательной проницаемостью (пропускающей только ионы одного знака), разделяющей два раствора различного состава – СОО- : катионы – NH 3 + : анионы
16 Потенциал покоя мембранный потенциал, возникающий между внутренней и наружной сторонами клеточной мембраны, находящейся в невозбужденном состоянии: – (70 -80) м. В
17 Возбужденное состояние клетки проницаемость мембраны для ионов Na+ Перемена знака на поверхности мембраны – деполяризация: +(40 -60) м. В
18 Потенциал действия Разность между потенциалом покоя и зарядом мембраны в возбужденном состоянии (амплитуда колебания мембранного потенциала) ( 120 – 140 м. В) В результате активной работы К+ / Na+ насоса наступает реполяризация – клетка возвращается в состояние покоя
19 Потенциометрия Физико-химический метод анализа, в основе которого лежит измерение ЭДС цепи, составленной из индикаторного электрода и электрода сравнения
20 Методы потенциометрии Прямые – определение активности и концентрации ионов или веществ в растворе Косвенные – определение концентрации неизвестного вещества при добавлении к нему другого (потенциометрическое титрование)
21 Прямая потенциометрия Электроды сравнения – электроды, потенциал которых практически постоянен, легко воспроизводим и не зависит от протекания побочных реакций Электроды определения – электроды, потенциал которых зависит от активности (концентрации) анализируемых ионов и практически не зависит от содержания других ионов в растворе Используют для измерения р. Н, концентрации биологически активных ионов: H+ , Na+ , K+ , NH 4+ , Ca 2+ , NO 3 — , различных веществ в биологических средах
22 Индикаторные электроды Мембранные : ионоселективные – способны определять в растворе концентрацию одного иона С твердыми мембранами Стеклянный С жидкими мембранами Молекулярно-селективные – позволяют определять концентрацию молекул вещества (ферментные – мембрана содержит определенный фермент)
23 Стеклянный электрод Плюсы: Быстро устанавливается потенциал р. Н = -2 – 12; Т = 0 — 100 ° С Можно применять в агрессивных средах (кроме HF) Минусы: Хрупкость Большое внутреннее сопротивление
24 Ионоселективные электроды Действие основано на возникновении мембранного потенциала на мембране с избирательной чувствительностью к данному иону (калиевый, нитратный) Ионоселективных электродов с четкой выраженностью к определенным ионам насчитывается более 20 (К + , Ca 2+ , Pb 2+ , Cu 2+ , Cl — , NO 3 — , Cl. O 4 — , CNS — , S 2 — , CN — , F — и др. )
25 Мембранный электрод С твердыми мембранами – метеллическая или кристаллическая пластинка, содержащая тот ион, который нужно определить в растворе С жидкими мембранами – пористый материал, пропитанный ионогенным веществом
26 Ферментные электроды Мочевино-селективный уреаза СО( NH 2 ) 2 NH 4 + Пенициллино-селективный пенициллиназа Пенициллин пенициллиновая кислота Позволяют определять глюкозу, антибиотики, витамины, гормоны, аминокислоты и другие БАВ
27 Косвенная потенциометрия (потенциометрическое титрование) График зависимости ЭДС цепи от объема титранта График изменения приращения потенциала на единицу добавляемого титранта
28 Значение потенциометрических методов исследования Определение концентрации веществ в мутных и окрашенных растворах Определение концентрации нескольких веществ в одной порции исследуемого раствора Измерение р. Н среды (р. Н-метры, иономеры, полярографы) Определение констант диссоциации слабых кислот, аминокислот, белков, нуклеиновых кислот Определение констант нестойкости комплексных соединений