บทเรียนที่ 16 การไทเทรตทางไฟฟ้า

chem03 วันพฤหัสบดี, 26 พฤศจิกายน 2558 10:50

1.หลักการในการวิเคราะห์

คูลอมเมทรีเป็นเทคนิคการวิเคราะห์ทางเคมีเชิงไฟฟ้าวิธีหนึ่ง โดยมีการจัดเซลล์แบบอิเล็กโทรไลต์ ก็คือจะต้องมีการให้พลังงานจากภายนอกให้กับเซลล์ และจะต้องเป็นกระแสตรง (D.C.) เทคนิคนี้จะเกี่ยวข้องกับการวัดปริมาณประจุไฟฟ้า (อิเล็กตรอน) ที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชันของสารตัวอย่าง ดังนั้นปริมาณของสารตัวอย่างจึงสัมพันธ์กับปริมาณประจุไฟฟ้าทั้งหมดที่ให้กับเซลล์ ในการวิเคราะห์ด้วยเทคนิคนี้จำเป็นที่จะต้องมีการกวนสารละลายตลอดเวลา เพื่อช่วยนำพาไอออนไปเกิดปฏิกิริยาที่ขั้วใช้งาน (working electrode) การวิเคราะห์ด้วยเทคนิคนี้ จะอาศัยความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณของประจุไฟฟ้าที่ใช้ กับจำนวนกรัมสมมูลของสารตัวอย่าง ตามกฎของฟาราเดย์

เพราะฉะนั้นการวิเคราะห์หาปริมาณสารตัวอย่างด้วยเทคนิคคูลอมเมทรีจะแตกต่างจากการวิเคราะห์ด้วยเทคนิคอิเล็กโทรแกรวิเมทรี โดยเทคนิคคูลอมเมทรีเป็นการวัดประจุไฟฟ้า (อิเล็กตรอน) แต่อิเล็กโทรแกรวิเมทรีเป็นการชั่งน้ำหนักที่เพิ่มขึ้นบนขั้วไฟฟ้า ซึ่งทั้งสองวิธีสามารถหาปริมาณสารตัวอย่างได้โดยตรง โดยไม่จำเป็นต้องสร้ากราฟมาตรฐาน หรือไปเทียบกับสารมาตรฐานแต่อย่างใด

 

กฎของฟาราเดย์

กฎการแยกสารด้วยไฟฟ้าของฟาราเดย์ กล่าวไว้ว่า "ปริมาณไฟฟ้าที่ผ่านเข้าในเซลล์ เป็นสัดส่วนโดยตรงกับปริมาณการเปลี่ยนแปลงสมมูลของสารที่เกิดขึ้นที่ขั้วไฟฟ้าของเซลล์นั้น" ซึ่งสามารถเขียนอยู่ในรูปสมการได้ดังนี้

Q = F x No.equivalents                           ............ (1)

Q    =   ปริมาณประจุไฟฟ้าที่ถูกพาเข้าสู่เซลล์ มีหน่วยเป็น C
F     =   เป็นค่าคงที่ของฟาราเดย์ มีค่าเท่ากับ 96,485 คูลอมบ์ (C) หรือ 6.022 x 1023 อิเล็กตรอน

เมื่อการไหลของกระแส (i) คงที่ที่ 1 แอมแปร์ (A) ในเวลา (t) 1 วินาที (s) จะได้ว่า

Q = i x t                                                ............ (2)

จาก (1) และ (2) จะได้ความสัมพันธ์ ดังนี้

เมื่อ n คือ จำนวนโมลของอิเล็กตรอน เช่น

n = 2 โมลของอิเล็กตรอน

 

2. เทคนิควิธีวิเคราะห์ด้วยคูลอมเมทร

การวิเคราะห์เชิงไฟฟ้าด้วยเทคนิคคูลอมเมทรีสารมารถแบ่งออกได้เป็น 2 วิธี ดังนี้

2.1 คูลอมเมทรีแบบควบคุมกระแสคงที่

การวิเคราะห์ด้วยเทคนิคคูลอมเมทรีแบบควบคุมกระแสคงที่ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เป็นแหล่งควบคุมให้กระแสคงที่คือ แอมเพอโรสแตท (amperostat) วิธีที่สามารถทำได้โดยการไทเทรชัน (titration) จึงเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า “ คูลอมเมตริกไทเทรชัน (coulometric titration) ” โดยสารตัวอย่างที่ต้องการวิเคราะห์จะถูกไทเทรตด้วยไทเทรนต์ (อิเล็กตรอน) ในการวิเคราะห์จะมีการให้กระแสคงที่กับวงจรตลอดเวลา จนกว่าจะถึงจุดยุติของการไทเทรต วิธีนี้สามารถสามารถวิเคราะห์สารตัวอย่างได้ถึงระดับไมโครกรัม ( 10 -6) ทำให้มีความถูกต้องและความแม่นยำสูง 

 

2.2 คูลอมเมทรีแบบควบคุมศักย์ขั้วไฟฟ้า

เทคนิคการวิเคราะห์คูลอมเมทรีแบบควบคุมศักย์ไฟฟ้านี้ จะมีหลักการของการหาปริมาณสารตัวอย่างเช่นเดียวกับเทคนิคอิเล็กโทรแกรวิเมทรีแบบควบคุมศักย์ขั้วไฟฟ้า กล่าวคือ จะต้องมีอุปกรณ์สำคัญคือ โพเทนชิออสเตท (potentiostate) ที่ทำหน้าที่ในการควบคุมศักย์ไฟฟ้าของขั้วใช้งาน (working electrode) เพื่อให้ค่าศักย์ไฟฟ้ามีค่าคงที่ตลอดการวิเคราะห์ แต่ในเทคนิคคูลอมเมทรีจะมีการบันทึกกระแสที่ใช้ ณ เวลาต่าง ๆ ของการวิเคราะห์ จนกระทั่งปฏิกิริยาการแยกสารตัวอย่างให้ผลเสร็จสมบูรณ์ และการคำนวณหาปริมาณสารตัวอย่างที่เกิดขึ้นในการวิเคราะห์ สามารถทำได้โดยการอินทิเกรตข้อมูลจากกราฟของกระแสกับเวลา ซึ่งก็คือปริมาณประจุไฟฟ้าที่ใช้ทั้งหมด 


3. การประยุกต์ใช้ในการวิเคราะห์

การวิเคราะห์ด้วยเทคนิคคูลอมเมตริกไทเทรชัน ใช้ในการวิเคราะห์หาชนิดและปริมาณของไอออนโลหะในสารละลายตัวอย่าง และยังสามารถใช้ได้กับการวิเคราะห์ด้วยวิธีไทเทรตทางเคมีทุกรูปแบบ เช่น ปฏิกิริยาสะเทินของกรดและด่าง ปฏิกิริยาการตกตะกอน ปฏิกิริยาการเกิดสารประกอบเชิงซ้อน และปฏิกิริยารีดอกซ์ ปัจจุบันได้มีการประยุกต์และปรับปรุงเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ทันสมัย สามารถวิเคราะห์ได้อย่างอัตโนมัติ เช่น การใช้คอมพิวเตอร์มาควบคุมการทำงานของเครื่องมือ ทำให้การวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการที่มีการวิเคราะห์เป็นประจำ มีความสะดวก รวดเร็ว ถูกต้อง และแม่นยำสูง

link วิทยาศาสตร์

รวม link ที่น่าสนใจทั้งในและต่างประเทศ เพื่อค้นคว้าหาข้อมูลที่ต้องการทางด้านวิทยาศาสตร์

ดูลิงค์ทั้งหมด

link คณิตศาสตร์

รวม link ที่น่าสนใจทั้งในและต่างประเทศ เพื่อค้นคว้าหาข้อมูลที่ต้องการทางด้านคณิตศาสตร์

ดูลิงค์ทั้งหมด
UNESCO Bangkok

ICT in Education newsletter

SEAMEO Congress

Programme with Presentations

Black Ribbon