Компенсационный метод

ЭДС гальванического элемента измеряют компенсационным методом.

Компенсационный метод позволяет проводить измерение ЭДС в момент отсутствия тока в цепи. Из рис. 4.2 видно, что токи от аккумулятора и исследуемого (или нормального) элементов имеют противоположное направление. Для измерения ЭДС переключа­тель (5) замыкают на нормальный элемент (6) и передвигают подвижной контакт (2) так, чтобы гальванометр (3) показывал отсутствие тока в боковой цепи (положение В_н). При этом ЭДС нормального элемента компенсируется падением напряжения от аккумулятора на участке реохорда АВ_Н. Затем переключатель (5) замыкают на исследуемый элемент (4) и подвижным контактом (2) добиваются отсутствия тока в цепи (положение В_х). В этом случае ЭДС исследуемого элемента рассчитывают по формуле:

Ex=E⁰*(AB_x/AB_н), где E⁰ – ЭДС нормального элемента Вестона (E⁰=1,0183B при 293К)

 

4.27

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ:

1) Электродный

2) Диффузионный

ЭЛЕКТРОДНЫЙ возникает:

Возьмём Zn пластинку и опустим в р-р её соли ZnSO4.

Диполи H2O извлекают из кристаллической решётки Zn-пластинки катионы Zn2+, которые накапливаются с внешней стороны пластинки.

На границе Me-р-р образуется двойной электрический слой, т.е. скачок потенциала – электродный потенциал.

 

ДИФФУЗИОННЫЙ образуется на границе двух растворов.

Для его устранения между растворами ставят солевой мостик.

ЗНАЧЕНИЕ:

Биологическое окисление основывается на переносе атомов H от окисляемого вещества к кислороду (электроны при этом присоединяются в конечном счёте к атому O, а ионы H+ образуют с атомами O воду).

Пример: Дыхательная цепь митохондрий

 

4.30

Одной из наиболее характерных черт всего живого является наличие разности потенциалов между различными частями одной системы (органы, ткани, клетки, ядра, митохондрии и т.д.). Клетку, окруженную межклеточной средой, можно рассматривать как двух- или многокомпонентную систему, состоящую из различных смесей растворов – электролитов, полиэлектролитов. Если растворы электролитов разных концентраций разделены мембраной, проницаемой только для ионов одного знака, то диффузионный потенциал может достигать большой величины. В этом случае он носит название мембранного потенциала. Мембрана покоящейся клетки проницаема только для ионов калия, но не для ионов натрия и хлора. Полупроницаемые свойства мембраны при этом обуславливают возникновение так называемого потенциала покоя. При структурных изменениях в самой клетке или составе внеклеточной среды возникают быстрые изменения разности потенциалов через мембрану клетки – потенциал действия. Возникновение потенциала действия связано со значительным увеличением потока ионов натрия через мембрану в клетку вследствие падения сопротивления мембраны для этих ионов. При этом они оставляют далеко позади себя ионы хлора, проницаемость мембраны для которых не изменилась. Это приводит к возникновению двойного электрического слоя.

 

4.31

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ pH растворов

Сущность: Берут 2 электрода и помещают в исследуемый раствор:

1) Электрод сравнения

2) Индикаторный электрод

Измеряют ЭДС и рассчитывают pH данного раствора

 

5.1

Поверхностными явлениями называют процессы, происходящие на границе раздела фаз и обусловленные особенностями состава и строения поверхностного (пограничного) слоя.

Поверхностные явления широко распространены в химической технологии. Практически любое химическое производство осуществляется с применением дисперсных систем и поверхностных явлений. Как правило, все гетерогенные процессы в химической технологии проводят при максимальной поверхности контакта фаз. Для этого системы вещества переводят в состояние суспензий, порошков, эмульсий, туманов, пылей. Процессы измельчения сырья и промежуточных продуктов, обогащение протекают в дисперсных системах, значительную роль в них играют такие явления как смачивание, капиллярность, адсорбция, седиментация, коагуляция. Широко распространены в химической технологии пористые адсорбенты и катализаторы, представляющие собой дисперсную систему с твердой дисперсионной средой.

 

5.2,3

Различают 2 вида сорбционных процессов:

1) физическая адсорбция характеризуется хорошей обратимостью и установлением адсорбционного равновесия; уменьшением адсорбции при повышении температуры (напр. адсорбция кислорода на металлах):

- адсорбция (когда накопление на поверхности)

- абсорбция (накопление воды) <=> десорбция

2) химическая адсорбция, хемосорбция (осуществляется за счет сил остаточной валентности) – хемосорбция. Этот процесс необратим (поглощение углекислого газа растворами щелочей). При десорбции происходит выделение не исходного адсорбтива, а продукта его взаимодействия с адсорбентом.

Адсорбция – процесс накопления (повышения концентрации) вещества одной фазы поверхностью другой фазы. Это самопроизвольный процесс, протекающий на поверхностях раздела фаз: твердое тело – газ, твердое тело – жидкость, жидкость – газ, жидкость – жидкость. При этом вещество, накапливающееся на поверхности, называется адсорбатом, или адсорбтивом, а поглощающее вещество – адсорбентом.

Адсорбция – представляет собой частный случай более общего процесса сорбции – поглощение каким-либо веществом других веществ. Если поглощение не ограничивается поверхностным слоем, а происходит во всем объеме, то это абсорбция. Процесс обратный сорбции, - десорбция.

Абсорбция зависит от: -природы адсорбента и адсорбата

-температуры

-давления газа или концентрации раствора

5.5,8

Адсорбция на поверхности раздела твердое тело – газ описывается уравнением Ленгмюра, выведенным на основе предположения о мономолекулярном заполнении адсорбционного слоя. Если через Г_∞ обозначить предельно возможную концентрацию молекул газа на 1 м² поверхности адсорбента при условии ее полного насыщения, то

Г = Г_∞*С/(B+C)

Г – предельно возможная концентрация молекул газа на 1 кв. м поверхности адсорбента

В – константа

с – равновесная концентрация газа

Это уравнение называют уравнением изотермы адсорбции Ленгмюра. Оно показывает, что при малых концентрациях вещества (с<<В) адсорбция пропорциональна концентрации:

Г = Г_∞*С/B=k*C

А при высоких концентрациях (с>>В) адсорбция стремится к предельному значению.

Г = Г_∞*С/C= Г_∞

Адсорбция на границе твердое тело - жидкость для разбавленных растворов достаточно хорошо подчиняется уравнения Фрейндлиха и Ленгмюра. Однако адсорбция из растворов по сравнению с адсорбцией газов оказывается значительно более сложной из-за возможности адсорбции как растворенного вещества, так и растворителя. Растворенное вещество в зависимости от природы адсорбируется в виде или молекул (молекулярная), или ионов (ионная адсорбция).

Для нахождения удельной адсорбции на границе раздела твердое тело – жидкость экспериментально определяют точную концентрацию вещества в растворе до адсорбции (С_o) и равновесную (С) (после адсорбции):

Г=(С_o-С)/m

 

5.6,7,8

Адсорбция на поверхности раздела твердое тело – газ описывается уравнением Ленгмюра, выведенным на основе предположения о мономолекулярном заполнении адсорбционного слоя. Если через Г_∞ обозначить предельно возможную концентрацию молекул газа на 1 м² поверхности адсорбента при условии ее полного насыщения, то

Г = Г_∞*С/(B+C)

Г – предельно возможная концентрация молекул газа на 1 кв. м поверхности адсорбента

В – константа

с – равновесная концентрация газа

Это уравнение называют уравнением изотермы адсорбции Ленгмюра. Оно показывает, что при малых концентрациях вещества (с<<В) адсорбция пропорциональна концентрации:

Г = Г_∞*С/B=k*C

А при высоких концентрациях (с>>В) адсорбция стремится к предельному значению.

Г = Г_∞*С/C= Г_∞

Величина Г_∞ характеризует число активных центров

Изотерма адсорбции.

На втором участке имеется нелинейная зависимость удельной адсорбции от концентрации, поэтому для этого участка используют уравнение Фрейндлиха.

Г=k*p^1/n или Г=k*c^1/n, где k и 1/n – экспериментально определяемые константы, причем 0<1, n<1.

Для определения констант k и 1/n используют графический способ решения, а уравнение Фрейндлиха логарифмируют и оно превращается в уравнение прямой линии: lgГ=lg k + 1/n lg C

5.9