Гальванические преобразователи. Гальванические преобразователи основаны на зависимости ЭДС гальванической цепи от концентрации ионов в электролите и окислительно восстановительных процессов

Гальванические преобразователи основаны на зависимости ЭДС гальванической цепи от концентрации ионов в электролите и окислительно восстановительных процессов, происходящих на электродах. Они используются для определения концентрации ионов в различных растворах, а также в качестве образцовых мер ЭДС – нормальных элементов.

Наиболее широкое применение гальванические преобразователи получили в качестве преобразователей рН-метров– приборов для измерения активности (концентрации) водородных ионов.

Молекулы воды частично диссоциируют на ионы водорода и ионы гидроксила ОН-, чем обусловлена вполне определенная, хотя и очень малая электропроводность воды. Диссоциация воды происходит по схеме

H2O⇆H++OH-.

При этом остается постоянной так называемая константа диссоциации, равная

,

где aH+, аOH- и aH2O – соответственно активности ионов Н+, ОН- и воды.

В разбавленных растворах активность воды aH2O можно считать постоянной, и тогда произведение KaH2O становится новой постоянной, которую называют ионным произведением воды:

KH2O=aH+aOH-.

Установлено, что при 22 °С ионное произведение воды KH2O =10-14 (г-ион/л)2. В чистой воде или в нейтральном растворе актив­ности H+ и ОН- равны:

г-ион/л.

Ионное произведение воды KH2O=aH+aOH- при данной темпера­туре остается постоянной величиной не только для воды, но и для любого водного раствора, включая растворы кислот с избытком ионов Н+ или оснований с избытком ионов ОН-.

Если в воде растворить кислоту, то ионов Н+ станет больше, а ионов ОН- — меньше (за счет воссоединения части образовавшихся ионов Н+ с ионами ОН-), но произведение aH+aOH- останется равным ионному произведению воды. У кислых растворов aH+> aOH- , а у щелочных растворов aOH- > aH+

Таким образом, для характеристики раствора достаточно знать активность водородных ионов, которую для удобства записи и вы­числений численно характеризуют отрицательным логарифмом актив­ности ионов водорода – водородным показателем рН:

.

 

Рис. 2-46

Приборы для измерения этого показателя получили название рН-метров.

Диапазон изменения рН водных растворов обычно составляет 0–14 ед. В растворах других растворителей (неводных) диапазоны изменения рН другие, например в аммиаке 0 – 32,7 ед., в муравьиной кислоте 0–6,1 ед. и т.д.

Наиболее точный и универсальный метод измерения рН основан на определении электродных потенциалов различных электродов, помещаемых в исследуемый раствор. Следовательно, гальванические преобразователи, являющиеся датчиками рН-метров, в качестве есте­ственной входной величины имеют концентрацию водородных ионов, выражаемую в единицах рН, а в качестве выходной величины разность электродных потенциалов.

Гальванический преобразователь состоит из двух полуэлементов: измерительного электрода, помещаемого в исследуемый раствор, и вспомогательного полуэлемента, электродный потенциал которого дол­жен оставаться постоянным.

На рис. 2-46 показан гальванический преобразователь, состоящий из двух водородных полуэлементов. Один из водородных электродов (измерительный) помещается в исследуемый раствор 1, который при помощи электролитического ключа 2 соединяется с нормальным водо­родным полуэлементом (вспомогательным) 3, содержащим электролит с активностью водородных ионов а(H+)2=1 г-ион/л. ЭДС между электродами полученной концентрационной цепи равна:

,

где – активность водородных ионов в исследуемом растворе; – активность водородных ионов в нормальном водородном полуэлементе.

Переходя к десятичным логарифмам и учитывая, что lg u(h+)i= - рН, получаем

Для температуры 18 °С EB= –0,058 pH.

 








Дата добавления: 2015-01-26; просмотров: 869;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.005 сек.