Ряд напряжений
Стандартные потенциалы различных металлов, измеренные по отношению к водородному электроду, неодинаковы как по величине, так и по знаку. Если расположить металлы в порядке возрастания алгебраических величин их стандартных потенциалов, то получится так называемый ряд напряжений.
В начале ряда находятся наиболее химически активные, легко отдающие при реакциях свои валентные электроны, металлы (щелочные, щелочноземельные, магний. Алюминий и др.). Они обладают высоким отрицательным значением стандартных потенциалов. Постепенно величина отрицательного потенциала уменьшается (а потенциал вообще растет); вместе в этим уменьшается химическая активность. Все металлы, расположенные в ряду напряжений до водорода, называются неблагородными. Они легко окисляются и в природе в свободном виде не встречаются. Металлы, стоящие в конце ряда напряжений, обладают высокими положительными величинами стандартных потенциалов и являются химически малоактивными, трудно окисляемыми. Их называют благородными.
Металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, способны вытеснять водород из кислот; стоящие после водорода этой способностью не обладают.
Понятие потенциометрическом методе анализа
Потенциометрические методы основаны на измерении разности потенциалов индикаторного электрода и электрода сравнения или, точнее, электродвижущих сил (ЭДС) различных цепей.
Методы прямой потенциометрии основаны на применении уравнения Нернста для нахождения активности или концентрации участника электродной реакции по экспериментально измеренной ЭДС цепи или потенциалу электрода. Наибольшее распространение среди прямых потенциометрических методов получил метод определения рН, но создание в последнее время надежно работающих ионоселективных электродов значительно расширило практические возможности прямых методов. Показатель рН измеряют и методом потенциометрического титрования.
Для определения рН чаще всего используют стеклянный электрод. Основными достоинствами стеклянного электрода являются простота работы, быстрое установление равновесия и возможность определения рН в окислительно-восстановительных системах. К недостаткам относятся хрупкость материала электрода и сложность работы при переходе к сильнощелочным и сильнокислым растворам.
Кроме концентрации ионов водорода, прямым потенциометрическим методом с ионоселективными электродами можно определить содержание нескольких десятков различных ионов.
Потенциометрическое титрование основано на определении точки эквивалентности по результатам потенциометрических измерений. Вблизи точки эквивалетности происходит резкое изменение (скачок) потенциала индикаторного электрода. Так же, как и в других титриметрических методах, реакции потенциометрического титрования должны протекать строго стехиометрически, иметь высокую скорость и идти до конца.
Для потенциометрического титрования собирают цепь из индикаторного электрода в анализируемом растворе и электрода сравнения. В качестве электродов сравнения чаще всего используют каломельный или хлорсеребряный электроды.
Тип применяемого индикаторного электрода при потенциометрическом титровании зависит от свойств титриметрической смеси и ее взаимодействия с электродом. В кислотно-основном титровании используют стеклянный электрод, в окислительно-восстановительном - инертный (платиновый) электрод или электрод, обратимый по отношению к одному из ионов, содержащихся в титриметриметрической смеси; в осадительном – серебряный электрод; в комплексонометрическом - металлический электрод, обратимый к титруемому иону металла.
В потенциометрическом анализе основными измерительными приборами являются потенциометры различных типов. Они предназначены для измерения ЭДС электродной системы. Так как ЭДС зависит от активности соответствующих ионов в растворе, многие потенциометры позволяют непосредственно измерять также величину рХ – отрицательный логарифм активности иона Х. Такие потенциометры в комплекте с соответствующим ионоселективным электродом носят название иономеров. Если потенциометр и электродная система предназначены для измерения активности только водородных ионов, прибор называется рН-метром.