قياس جهد الخلية الإلكتروليتية– الخلية الإلكتروليتية– قياس الجهد

 

تعريف قياس الجهد

ما هو قياس الجهد؟

قياس الجهد هو أحد طرق الكيمياء التحليلية الكهربائية. يتم استخدامه عادة لإيجاد تركيز المذاب في المحلول.

في قياسات الجهد ، يتم قياس الجهد بين قطبين باستخدام مقياس الفولتميتر عالي المقاومة.

 

 

استخدام الفولتميتر ذو مقاومة عالية مهم ، لأنه يضمن أن التدفق الحالي لا يكاد يذكر. نظرًا لعدم وجود تيار صافي ، لا توجد تفاعلات كهروكيميائية صافية ، وبالتالي فإن النظام في حالة توازن .

يتكون مقياس الجهد في أبسط مستوياته من قطبين كهربائيين يتم إدخالهما في خليتين متصلتين بواسطة قنطره ملحيه (انظر الرسم البياني أدناه). يتم إرفاق الفولتميتر بالأقطاب لقياس الفرق المحتمل بينهما.

أحد الأقطاب الكهربائية هو قطب مرجعي ، يُعرف إمكانيته الكهربية .

القطب الآخر هو قطب الاختبار .

عادة ما يكون قطب الاختبار إما معدنًا مغمورًا في محلول من أيوناته الخاصة ، التي ترغب في اكتشاف تركيزها ، أو قطب كربون على شكل قضيب يُضع في محلول يحتوي على الأيونات المهمة في حالتين أكسدة مختلفة.

يمكن استخدام معادلة نرنست لإيجاد تركيز محلول الاختبار.

معادلة نرنست

مثال

إذا كنت ترغب في العثور على تركيز Ag + في محلول نترات الفضة. يتكون القطب المرجعي الخاص بك من معدن الفضة في محلول نترات الفضة 0.1 M معروف. قطب الاختبار الخاص بك هو معدن الفضة في محلول نترات الفضة الذي ترغب في العثور على التركيز.

نظرًا لعدم وجود تدفقات حالية ، تكون الخلية في حالة توازن:

Ag + ⇌ Ag

ترتبط المحاليل بقنطرة ملحية من نترات البوتاسيوم 0.1 م . ترتبط الأقطاب المعدنية عن طريق الفولتميتر.

سيكون هناك فرق محتمل بين المحلولين الناتج عن تركيزات مختلفة من أيونات الفضة الملامسة لأقطاب الفضة. (على سبيل المثال ، انظر J. Chem. Educ.، 1995، 72 (8)، p A162)

 

ترتبط الإمكانات التي تقيسها على الفولتميتر ، الخلية E بإمكانية الجهد الكهربائي المرجعي واختبار القطب الكهربائي على النحو التالي:

الخلية E = المرجع E - الاختبار E (المعادلة 1)

الآن، E إشارة و E اختبار على حد سواء يمكن أن يتم توسيع باستخدام معادلة نرنست :

مرجع E = E ° Ag / Ag + - RTlnK eq / nF

لذلك ، عند درجة حرارة 298 كلفن:

المرجع E = E ° Ag / Ag + - 0.059log 10 (1 / [Ag + reference ]) (المعادلة 2)

وبالمثل:

اختبار E = E ° Ag / Ag + - 0.059log 10 (1 / [Ag + test ]) (المعادلة 3)

يمكننا الآن استبدال المعادلة 2 والمعادلة 3 في المعادلة 1. يمكننا أيضًا أن نفترض أن [Ag + reference ] ثابت. لذا ، بعد إعادة الترتيب ، نحصل على:

 

[Ag + test ] = 10 - [( الخلية E + 0.059) /0.059] (المعادلة 4)

القراءة المحتملة من الفولتميتر هي E الخلية . كل ما عليك فعله الآن هو إدخال قراءتك من الفولتميتر في المعادلة 4 وحساب تركيز أيونات الفضة في محلول الاختبار.

أكثر

الظواهر الفيزيائية التي لا تنطوي على تفاعلات اختزال صريحة ، ولكن ظروفها الأولية لديها طاقة حرة غير صفرية ، ستولد أيضًا إمكانات.

مثال على ذلك هو التدرجات لتركيز أيون عبر غشاء شبه نفاذ.

يمكن أن يكون هذا أيضًا ظاهرة جهدية ، وهو أساس القياسات التي تستخدم أقطابًا انتقائية الأيونات.

الأجهزة

انظر الوثائق على الأقطاب الكهربائية الانتقائية وأجهزة قياس الأس الهيدروجيني .