Coulometrie und Elektrogravimetrie

Coulometrie und Elektrogravimetrie bestimmen einen Analyten, indem sie ihn vollständig elektrolysieren und die verbrauchte Ladung oder die abgeschiedene Masse messen.

Definition

Coulometrie und Elektrogravimetrie sind elektroanalytische Methoden, die einen Analyten quantifizieren, indem sie ihn an einer Elektrode vollständig umwandeln und dabei die gesamte durchgeflossene elektrische Ladung bzw. die Masse des abgeschiedenen Materials messen.

Scope

Dieses Thema behandelt die Bulk-Elektrolyse-Methoden der Elektroanalyse: Coulometrie mit kontrolliertem Potenzial und kontrolliertem Strom, coulometrische Titrationen, bei denen ein Titrant elektrisch erzeugt wird, und Elektrogravimetrie, bei der ein Analyt quantitativ an einer Elektrode abgeschieden und gewogen wird. Es behandelt die Anforderung einer vollständigen und stromeffizienten Elektrolyse und die Attraktivität dieser Methoden als primäre, kalibrierungsfreie Techniken.

Core questions

• Wie machen Faradays Gesetze die Ladung zu einem direkten Maß für die Analytmenge?
• Warum können Coulometrie und Elektrogravimetrie als primäre, kalibrierungsfreie Methoden dienen?
• Was ist für eine vollständige und stromeffiziente Elektrolyse erforderlich?
• Wie erzeugt die coulometrische Titration einen Titranten in situ mit hoher Präzision?

Key theories

Faradaysche Gesetze der Elektrolyse

Die Menge der an einer Elektrode umgesetzten Substanz ist proportional zur durchgeflossenen Ladung, wobei die Proportionalität durch die Faraday-Konstante und die Anzahl der Elektronen in der Reaktion festgelegt ist; dies macht eine gemessene Ladung oder abgeschiedene Masse zu einem absoluten Maß für die Analytmenge, das keine externe Kalibrierung erfordert.

Mechanisms

Der Analyt wird an einer Arbeitselektrode vollständig elektrolysiert. Bei der Coulometrie ergibt die benötigte Gesamtladung – direkt bei kontrolliertem Potenzial oder als Strom multipliziert mit der Zeit bei kontrolliertem Strom gemessen – die Analytmenge gemäß den Faraday-Gesetzen, vorausgesetzt, die Stromausbeute beträgt im Wesentlichen einhundert Prozent. Bei der coulometrischen Titration erzeugt ein konstanter Strom einen Titranten, der mit dem Analyten reagiert, und die Zeit bis zum Endpunkt bestimmt die Ladung. Bei der Elektrogravimetrie scheidet sich der Analyt als Feststoff auf einer gewogenen Elektrode ab, deren Massenzunahme ihn quantifiziert.

Clinical relevance

Coulometrische Methoden untermauern präzise Bestimmungen wie die Karl-Fischer-Wasseranalyse und die Chloridmessung und dienen als Referenz- und Primärmethoden zur Zertifizierung von Standards, während die Elektrogravimetrie zur genauen Bestimmung von Metallen wie Kupfer eingesetzt wird.

History

Die quantitative Grundlage bilden Faradays Gesetze der Elektrolyse aus dem 19. Jahrhundert. Die Elektrogravimetrie gehörte zu den frühesten instrumentellen Methoden zur Metallbestimmung. Die Coulometrie mit kontrolliertem Potenzial und konstantem Strom, die Mitte des 20. Jahrhunderts insbesondere von Lingane entwickelt und systematisiert wurde, etablierte die coulometrische Titration und Analyse als präzise, primäre Techniken.

Key figures

• Michael Faraday
• Karl Fischer
• James J. Lingane

Seminal works

• harris2020
• skoog2017
• bard2001

Frequently asked questions

Warum werden Coulometrie und Elektrogravimetrie als primäre Methoden bezeichnet?

Sie basieren auf den Faraday-Gesetzen, die die Analytmenge direkt mit der gemessenen Ladung oder Masse über fundamentale Konstanten verknüpfen, sodass sie keine Kalibrierung gegen Standards des Analyten benötigen und selbst andere Messungen zertifizieren können.

Was bedeutet Stromausbeute in der Coulometrie?

Es ist der Anteil der durchgeflossenen Ladung, der in die beabsichtigte Analytreaktion eingeht; für ein genaues Ergebnis muss im Wesentlichen der gesamte Strom diese Reaktion antreiben, ohne dass Nebenreaktionen Ladung verbrauchen.