Методы анализа растворов

Вопрос №3

Анализ состава жидкостей

Методы анализа состава жидкостей Ведение технологических процессов в химической, газо- и нефтехимической промышленности, энергетике во многих случаях основывается на результатах анализа состава жидкостей. Одним из важных моментов работы по охране окружающей среды является контроль за состоянием естественных и искусственных водоемов, анализ сбросных вод промышленных предприятий и населенных пунктов, которые осуществляются также с использованием анализаторов состава жидкостей. К числу наиболее распространенных методов анализа жидкостей, применяемых в промышленных анализаторах, относятся разновидности электрохимического, оптического и теплового методов, приведенные в табл. 17.1.

В табл. 17.1 не приведены такие методы, как хроматографический, титрометрический, масс-спектрометрический. Первый более широко применяется для анализа состава газа. Титрометрический и масс-спектрометрический методы в основном используются в лабораторной практике и в данной главе не рассматриваются.

Из перечисленных в табл. 17.1 методов наибольшей разрешающей способностью обладают пламенно-ионизационный, колориметрический, амперометрический и кулонометрический, применяемые для измерения микроконцентраций растворенных веществ. Подобно газоанализаторам приборы для анализа жидкостей представляют собой установки, содержащие помимо первичных и измерительных преобразователей вспомогательные устройства для подготовки пробы и ее транспортирования.

Таблица 17.1

Метод	Измеряемая величина
Электрохимический   Кондуктометрический     Потенциометрический     Амперометрический   Кулонометрический	Общая электрическая проводимость, концентрация диссоциирующего вещества в растворе, кондуктометрическое титрование   Концентрация конкретных ионов (ионометрия), окислительно-восстановительный потенциал (редоксометрия), потенциометрическое титрование     Концентрация определенного вещества в растворе или расплаве
Оптический Колориметрический Пламенно-фотометрический   Турбидиметрический   Нефелометрический	Концентрация определенного вещества в растворе или расплаве   Концентрация взвешенных частиц в суспензиях и эмульсиях
Тепловой Термокондуктометрический	Измерение концентрации растворенных газов

Кондуктометрический метод анализа растворов. Водные растворы электролитов представляют собой проводники второго рода, перенос тока в которых осуществляется движением ионов. Последние образуются при диссоциации веществ, находящихся в растворе. Электропроводность характеризует суммарную концентрацию находящихся в растворе ионов, в связи с чем приборы для ее измерения градуируются в единицах удельной электропроводности: См/см (Сименс на сантиметр) и мкСм/см, в единицах условного солесодержания (мг/кг NaCl) или концентрации (% H₂SО₄).

Удельная электропроводность раствора , См/см, являющаяся величиной, обратной удельному сопротивлению, связана с эквивалентной концентрацией η (r -экв/см³) следующей зависимостью:

(17.1)

где — степень диссоциации молекул растворенного вещества;

— эквивалентная электропроводность вещества при бесконечном разбавлении.

Степень диссоциации определяется числом молекул, диссоциированных на ионы. При одной и той же концентрации молекулы сильных электролитов диссоциируют больше, чем слабых. К сильным относятся соляная, серная, азотная кислоты, большинство солей, щелочи, к слабым электролитам — органические кислоты. По мере снижения концентрации степень диссоциации растет, приближаясь к единице.

При полной диссоциации молекул эквивалентная электропроводность раствора определяется подвижностью анионов и катионов , зависящей от природы диссоциированного вещества и свойств растворителя, т.е. .

Поскольку в (17.1) меняется с изменением концентрации, зависимость удельной электропроводности от концентрации носит сложный характер. Графики этих зависимостей для ряда веществ представлены на рис. 17.1. Как видно из графиков, близкий к линейному рост электропроводности с увеличением концентрации наблюдается при значениях последней, составляющих 5...10 %. Рост концентрации свыше 15...30% сопровождается снижением электропроводности из-за уменьшения степени диссоциации молекул.

Учитывая неоднозначный характер зависимости электропроводности от концентрации, необходимо заранее знать область работы кондуктометра, исключая возможность измерений в области экстремума.

Рис. 17.1. Графики зависимости удельной электропроводности от концентрации при 18 °С

Удельная электропроводность раствора зависит не только от концентрации вещества и его природы, но и от температуры. Уравнение Кольрауша устанавливает связь между удельной электропроводностью раствора и температурой:

. (17.2)

При изменении температуры в пределах 15...35 °С квадратичный член в уравнении (17.2) может быть опущен. В табл. 17.2 приведены значения подвижностей ионов при температуре 25 °С и температурный коэффициент а, характеризующий увеличение подвижности ионов с ростом температуры.

Таблица 17.2

Дата добавления: 2013-12-13