Phép đo điện lượng và phép đo khối lượng điện phân

Phép đo điện lượng (coulometry) và phép đo khối lượng điện phân (electrogravimetry) xác định một chất phân tích bằng cách điện phân hoàn toàn chất đó và đo điện lượng tiêu thụ hoặc khối lượng chất lắng đọng.

Definition

Phép đo điện lượng và phép đo khối lượng điện phân là các phương pháp phân tích điện hóa định lượng một chất phân tích bằng cách chuyển đổi hoàn toàn chất đó tại một điện cực và đo, tương ứng, tổng điện lượng đi qua hoặc khối lượng vật liệu lắng đọng.

Scope

Chủ đề này bao gồm các phương pháp điện phân khối lượng lớn trong phân tích điện hóa: phép đo điện lượng ở thế điện cực được kiểm soát và dòng điện được kiểm soát, chuẩn độ điện lượng trong đó chất chuẩn được tạo ra bằng điện, và phép đo khối lượng điện phân trong đó chất phân tích được lắng đọng định lượng trên một điện cực và được cân. Nó đề cập đến yêu cầu về điện phân hoàn toàn và hiệu suất dòng điện cao, cũng như sự hấp dẫn của các phương pháp này như các kỹ thuật sơ cấp, không cần hiệu chuẩn.

Core questions

• Làm thế nào các định luật Faraday biến điện lượng thành một thước đo trực tiếp lượng chất phân tích?
• Tại sao phép đo điện lượng và phép đo khối lượng điện phân có thể đóng vai trò là các phương pháp sơ cấp, không cần hiệu chuẩn?
• Điều gì là cần thiết cho quá trình điện phân hoàn toàn và hiệu suất dòng điện cao?
• Làm thế nào chuẩn độ điện lượng tạo ra chất chuẩn tại chỗ với độ chính xác cao?

Key theories

Các định luật điện phân của Faraday

Lượng chất phản ứng tại một điện cực tỷ lệ thuận với điện lượng đi qua, với tỷ lệ được xác định bởi hằng số Faraday và số electron trong phản ứng; điều này làm cho điện lượng đo được hoặc khối lượng lắng đọng trở thành một thước đo tuyệt đối lượng chất phân tích, không yêu cầu hiệu chuẩn bên ngoài.

Mechanisms

Chất phân tích được điện phân hoàn toàn tại điện cực làm việc. Trong phép đo điện lượng, tổng điện lượng cần thiết—được đo trực tiếp ở thế điện cực được kiểm soát hoặc dưới dạng dòng điện nhân với thời gian ở dòng điện được kiểm soát—cho biết lượng chất phân tích thông qua các định luật Faraday, với điều kiện hiệu suất dòng điện về cơ bản là một trăm phần trăm. Trong chuẩn độ điện lượng, một dòng điện không đổi tạo ra một chất chuẩn phản ứng với chất phân tích, và thời gian đến điểm cuối xác định điện lượng. Trong phép đo khối lượng điện phân, chất phân tích lắng đọng dưới dạng chất rắn trên một điện cực đã được cân, và sự tăng khối lượng của điện cực đó định lượng chất phân tích.

Clinical relevance

Các phương pháp đo điện lượng là nền tảng cho các xác định chính xác như phân tích nước Karl Fischer và đo clorua, và đóng vai trò là phương pháp tham chiếu và sơ cấp để chứng nhận các tiêu chuẩn, trong khi phép đo khối lượng điện phân được sử dụng để xác định chính xác các kim loại như đồng.

History

Cơ sở định lượng là các định luật điện phân của Faraday từ thế kỷ 19. Phép đo khối lượng điện phân là một trong những phương pháp công cụ sớm nhất để xác định kim loại. Phép đo điện lượng ở thế điện cực được kiểm soát và dòng điện không đổi, được phát triển và hệ thống hóa vào giữa thế kỷ 20, đặc biệt bởi Lingane, đã thiết lập chuẩn độ điện lượng và phân tích điện lượng như các kỹ thuật chính xác, sơ cấp.

Key figures

• Michael Faraday
• Karl Fischer
• James J. Lingane

Seminal works

• harris2020
• skoog2017
• bard2001

Frequently asked questions

Tại sao phép đo điện lượng và phép đo khối lượng điện phân được gọi là phương pháp sơ cấp?

Chúng dựa vào các định luật Faraday, liên kết trực tiếp lượng chất phân tích với điện lượng hoặc khối lượng đo được thông qua các hằng số cơ bản, vì vậy chúng không cần hiệu chuẩn dựa trên các tiêu chuẩn của chất phân tích và bản thân chúng có thể chứng nhận các phép đo khác.

Hiệu suất dòng điện trong phép đo điện lượng có nghĩa là gì?

Đó là phần điện lượng đi qua được sử dụng cho phản ứng chất phân tích mong muốn; để có kết quả chính xác, về cơ bản tất cả dòng điện phải thúc đẩy phản ứng đó, không có phản ứng phụ nào tiêu thụ điện lượng.