Mô đun Phân tích bằng điện hóa - Nghề: Phân tích dầu thô, khí và các sản phẩm lọc dầu (Phần 2)

(Phần 2) mô đun Phân tích bằng điện hóa - Nghề: Phân tích dầu thô, khí và các sản phẩm lọc dầu trình bày phương pháp phân tích điện lượng, phương pháp phân tích cực phổ. Tham khảo nội dung giáo trình để nắm bắt nội dung chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô đun Phân tích bằng điện hóa - Nghề: Phân tích dầu thô, khí và các sản phẩm lọc dầu (Phần 2) BÀI 6. PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐIỆN LƢỢNG Mã bài: HDH6 Hình thức 1: giẢng về lý thuyết quá trình điện phân - Giảng về mô tả lý thuyết và nguyên tắc quá trình điện phân. - Kiến thức về quá thế. - Các yếu tố ảnh hƣởng tới phƣơng pháp phân tích điện khối lƣợng. 1. Khái niệm quá trình điện phân Khi áp dụng một hiệu thế E đủ lớn vào hai điện cực nhúng vào trong cùng một dung dịch, ta có hiện tƣợng điện phân: - Bên catot có phản ứng khử cho ra kim loại hoặc khí H 2. - Bên anot có phản ứng oxy hoá cho ra oxy hoặc anot kim loại tan. 1.2. Hiện tƣợng xảy ra khi có dòng điện đi qua nguyên tố điện hoá Khi có dòng điện đi qua nguyên tố điện hoá thì sự giảm thế Ohm IR, sự phân cực nồng độ, sự phân cực động học ảnh hƣởng lên thế chung cuả nguyên tố điện hoá. 1.2.1. Độ giảm thế Ohm Để có dòng điện đi qua nguyên tố điện hoá thì cần phải có sức điện động hay một thế để khắc phục điện trở chống lại sự chuyển động cuả chúng đến catot hay anot gọi là độ giảm thế Ohm. Độ giảm thế Ohm làm giảm thế đo đƣợc cuả nguyên tố điện hoá: E n.t.đ.h = Ecatot - Enot -IR 1.2.2. Sự phân cực Sự phân cực là hiện tƣợng hai điện cực hay chỉ một điện cực trong chúng bị phân cực, có 2 loại phân cực: Sự phân cực nồng độ và sự phân cực động học hay quá thế. - Sự phân cực nồng độ quan sát đƣợc trong trƣờng hợp lực khuếch tán, sức hút tĩnh điện và di chuyển cơ học không đảm bảo tốc độ cho sự chuyển khối lƣợng chất tác dụng đến bề mặt điện cực (hay đi ra khỏi nó) để duy trì cƣờng độ dòng nhƣ dự đoán theo lý thuyết. Sự phân cực nồng độ gây ra do sự giảm thế nguyên tố điện hoá so với đại lƣợng đƣợc tính theo các thế nhiệt động có tính đến sự giảm thế Ohm. - Sự phân cực động học: Khi sự phân cực nồng độ xuất hiện ở tốc độ nhỏ cuả phản ứng điện hoá trên một hay cả hai điện cực, để khắc phục hàng rào năng lƣợng cuả nƣả phản ứng thì cần một năng lƣợng bổ sung (quá 53 thế). Cƣờng độ dòng đƣợc kiểm tra bởi tốc độ chuyển các electron chứ không phải là tốc độ chuyển khối lƣợng chất tƣơng tác. - Mật độ dòng tăng thì quá thế tăng, - Quá thế giảm khi nhiệt độ tăng, - Quá thế phụ thuộc vào vật liệu điện cực và nó thƣờng cao hơn so với điện cực đƣợc chế tạo từ kim loại mềm (Pb, Zn hay Hg), - Quá thế đáng kể hơn đối với các quá trình điện cực xảy ra với sự tạo thành các sản phẩm khí. Quá thế thƣờng không có nếu kết quả phản ứng điện cực xảy ra sự tách kim loại hay sự thay đổi mức độ oxy hoá ion, - Không thể dự đoán chính xác đại lƣợng quá thế trong từng trƣờng hợp cụ thể vì rằng đại lƣợng này đƣợc xác định bằng nhiều tham số không khống chế đƣợc. Quá thế cao đặc trƣng cho quá trình tạo hydro và oxi. Thế cuả nguyên tố trong đó xuất hiện quá thế không thể tính chính xác đƣợc. 2. Phƣơng pháp điện khối lƣợng Bằng cách cân điện cực trƣớc và sau khi điện phân, ta có thể xác định hàm lƣợng ion trong dung dịch, nếu đã điện phân hoàn toàn đó là phƣơng pháp điện phân trọng lƣợng. Trong nhiều trƣờng hợp ngƣời ta kết tuả kim loaị trên catot Pt, sau đó cân và xác định sự tăng khối lƣợng cuả catot. Điều kiện cơ bản: hiệu suất điện phân 100%, chỉ kết tụ một chất duy nhất, chất kết tụ phải bám dính vào điện cực, cƣờng độ dòng phải đủ lớn để hoàn thành sự điện phân trong thời gian vừa phải và giữ đƣợc tính chọn lọc. 2.1. Quan hệ giữa dòng điện và thế trong quá trình điện phân - Điện phân với cƣờng độ không đổi: Có thể tiến hành điện phân kết tủa ở dòng điện hằng định ở một mức độ xác định. Trong trƣờng hợp này khi xảy ra điện phân cần phải tăng định kỳ thế đặt vào. - Điện phân với thế catot không đổi: Đặt một thế đủ lớn đảm bảo sự đi qua cuả dòng điện và khi bắt đầu sự phân cực nồng độ thì giảm liên tục thế đặt vào để tạo ra thế cần thiết cho sự phân chia này. Nhƣng trở ngại chính là không thể dự đoán đƣợc sự thay đổi cần thiết thế đặt vào. Không thể đo sự giảm thế trên các điện cực làm việc vì chỉ xác định đƣợc thế chung. - Điện phân với thế catot kiểm soát thay đổi: Phƣơng pháp tối ƣu vừa đạt đƣợc chọn lọc cao và thời gian điện phân tối thiểu là dùng một thế catot thay đổi dần. 54 2.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến phép phân tích điện khối lƣợng - Dung dịch điện phân chỉ chứa một ion kim loại: Trong trƣờng hợp này ion kim loại dễ bị khử, nên ta chỉ cần chọn một hiệu thế đủ lớn để có thể có sự điện phân và kéo dài thời gian phân cho đến khi phóng điện hết ion này. - Điện phân dung dịch chứa nhiều ion kim loại: Khi dung dịch chứa hai hoặc nhiều Mn+ có thể bị khử bên catot, ngoài các yếu tố: thế phân hủy, mật độ dòng, chất lƣợng chất kết tụ cần phải chú ý đến một yếu tố quan trọng nữa đó là tính chọn lọc ở mỗi thời gian chỉ cho kết tụ một ion kim loại. Chọn E sao cho cƣờng độ I không quá nhỏ để có sự điện phân đƣợc thực hiện trong thời gian vừa phải. Cần phải kiểm soát chặt chẽ các yếu tố: thế, pH, ligand, tạo phức, chất hoạt động bề mặt để đạt đƣợc cả hai yêu cầu: độ chọn lọc cao và thời gian điện phân nhỏ nhất. 1. Thế phân hủy: Khi áp thế E vào điện cực cuả bình điện phân, nếu E nhỏ thì gần nhƣ không có dòng điện đi qua bình. Tiếp tục tăng giá trị E thì cƣờng độ I tăng nhanh. Giao điểm Eph.h đƣợc gọi là thế phân hủy chất điện giải: Eph.h = Eanot - Ecatot. 2. Tách khí: Trong quá trình kết tuả có tách khí sẽ nhận đƣợc kết tuả có dạng xốp, không đồng nhất. Trong các phản ứng kết tuả catot để ngăn ngừa tách khí hydro bằng cách khống chế thế catot hay đƣa vào dung dịch điện phân chất chống phân cực. 3. Ảnh hƣởng cuả mật độ dòng: Để nhanh hoàn thành sự điện phân chỉ cần tăng E. Tuy nhiên, cƣờng độ I quá lớn sẽ ảnh hƣởng lên chất kết tụ (xốp, không bám dính vào điện ...