Визначення вмісту хрому (VI) в розчинах кінетичним методом

1. Сутнiсть методики

Щоб визначити мiкрокiлькості хрому (VI), часто використовують ре­ак­цiю окислення о‑дiанiзидину iоном персульфату, на яку згаданий елемент дiє як каталiзатор. Окислення веде до сильно забарвленої сполуки в хиноїднiй формi,

S₂O₈^2‑ + 2 e^‑ Þ 2 SO₄^2‑,

У вiдсутностi хрому (VI) реакцiя плине повiльно. При ка­та­лі­за­то­рі швидкiсть реакцiї збiльшується й описується рiвнянням

d x / d t = k {c(S₂0₈^2‑) ‑ x} C_кат(c₁ ‑ x), (1)

де x – концентрацiя продукту окислення, t – час перебiгу реакцiї, k – кон­станта швид­костi, c_кат– концентрацiя Cr (VI), c(S₂O₈^2‑) – концентрацiя пер­суль­фа­ту, c₁ – концентрацiя о‑дiанiзидину. На по­чат­ку процесу доданком x можна знехтувати й рiвняння (1) зводиться до лiнiйного вiдносно концентрацiї ка­та­лi­за­то­ра

d x / d t = k c(S₂0₈^2‑) c_кат c₁. (2)

Щоб визначити швидкiсть реакцiї, стежать за залежнiстю світ­ло­по­гли­нан­ня A вiд часу. Для реакцiї, що ми використову­ємо, по­чат­ко­ва дiлянка кiнетичної кривої – залежностi A вiд t – лiнiйна, а зна­чен­ня танґенса кута на­хи­лу є пропорцiйним швидкостi реакцiї.

Щоб визначити концентрацiю ка­та­лі­за­то­ра, готують декiлька розчинiв з однаковими об'ємами, величиною pH, вмiстом о-дiанiзидину й пер­сульфату амонiю, але зi змiнною концентрацiєю каталiзатора. За ре­зультатами вимiрювань A залежно вiд часу перебiгу реакцiї t будують для заданих концентрацiй каталiзатора кiнетичні криві й визначають танґенси кутів нахилу лiнiйної дiлянки цих кривих. Аналоґiчно дослiджують розчин, в якому концентрацiя каталізатора невiдома. Екс­пе­ри­мен­таль­нi данi обробляють таким чином. Крес­лять кiнетичнi кривi в ко­ор­ди­на­тах A ‑ t для всiх дослiдiв. Ґрафiчно або розрахунком (дивись додаток: «За­сто­су­ван­ня проґрами MATCAD у розрахунках лабораторних робіт з фізико-хімічних методів аналізу») визначають величини танґенсiв кутiв нахилу на лi­нiй­них дiлянках кiнетичних кривих. За знайденими значеннями танґенсiв бу­ду­ють ґрадуювальний ґрафiк у координатах: танґенс - c. За ґрафiком можна визначити невiдому концентрацiю каталізатора в розчинi.

Алґоритм методики

2.1. Прилади та реагенти

Фотоелектрокалориметр КФК з мікропроцесором;

Вимiрювальнi колби мiсткiстю 50 мл;

Пiпетки мiсткiстю 2 мл;

Пiпетки з подiлками мiсткiстю 10 мл;

Розчин о-дiанiзидину, 0,0036 моль/л;

Розчин персульфату амонiю, 0,001 моль/л;

Розчин хлороводневої кислоти, 0,1 моль/л;

Стандартний розчин дихромату калiю з масовою концентрацiєю хрому (VI) 25 мкг/мл.

2.2. Побудова ґрадуювального ґрафiка

УВАГА! СУВОРО ДОТРИМУЙТЕСЬ ПОРЯДКУ ЗМI­ШУ­ВАН­НЯ РОЗЧИНIВ РЕАГЕНТIВ!!! У декiлька вимiрю­валь­них колб (№ 1, 2, ..., 6) уво­дять послідовно по 2 мл розчину персульфату амо­нію та змінні кількості стан­дарт­но­го розчину хрому(VI) - 0, 2, 4, 6, 8, 10 мл. Вони пiсля розведення в колбi дадуть масові концентрацiї хро­му (VI) 0, 1, 2, 3, 4 й 5 мкг/мл. У кожну колбу додають розчин хло­роводневої кислоти до початку звуження колби. У колбу № 1 вмі­щу­ють 2 мл розчину о-дiанiзидину й вiдзначають час початку реак­цiї. Якомога швидко доводять розчин у колбi до мiтки, додаючи хло­ро­вод­не­ву кислоту. Розчин перемiшують протягом 30 с, вмiщують в кювету для фотометрування. Кювету встановлюють у фото­коло­ри­метр i вимiрюють за­леж­нiсть оптичноi густини вiд часу, уводячи при­лад у режим автоматичного видання результату через заданий промiжок часу. Оскільки у цьому режимі сиґнал виводиться занадто часто – через кожні 5 с, коли показання приладу істотньо не зміню­ються, фіксують кожне шосте показання (тобто через 30 с; можна час вимірювати і секундоміром, що придатне і для інших типів фо­то­ко­ло­ри­мет­рів), знімають показання для кількох точок (близько 10-ти, і що­най­мен­ше для 6-ти). Аналоґiчнi вимiрювання здiйснюють для розчинiв № 2, 3, ... , 6. Показання приладу за­но­то­вують i використовують для побудови ґрафiків залежностi A вiд t.

2.3. Визначення концентрацiї хрому в дослiджуваному розчинi

Із розчином здiйснюють тi ж операцiї, що й зi стандартними. Ви­­зна­чив­ши танґенс кута нахилу для досліджуваного розчину пере­раховують йо­го в концентрацiю хрому (VI) за ґрадуювальним ґрафiком. Радимо для роз­ра­хун­ків і побудови ґрафiків при мож­ли­во­сті користуватися комп’ютером.

Література

1. Марк Г., Рехниц Г. Кинетика в аналитической химии. М.: Мир, 1972. − 368 с.

2. Мюллер Г., Отто М., Вернер Г. Каталитические методы в анализе следов элементов. М.: Мир, 1983. − 196 с.

3. Крейнгольд С.У. Каталитиметрия в анализе реактивов и веществ особой чистоты. М.: Химия, 1983. − 190 с.