Измерение ЭДС компенсационным способом

Для измерения ЭДС с высокой точностью используется компенсационный метод. Схема измерения ЭДС компенсационным методом представлена на рисунке.

Сущность метода заключается в том, что ЭДС изучаемого гальванического элемента сравнивается с источником напряжения АК, которое подводится к реохорду АВ, эта часть схемы называется большой цепью. На реохордной проволоке располагается подвижный контакт К, который движется по проволоке.

В малую боковую цепь включается исследуемый элемент Е_х соединенный с гальванометром G, передвигая контакт К по реохорде находят такое положение, когда гальванометр показывает 0. Это соответствует уравнению:

(10)

является нестабильной величиной, так как со временем аккумулятор разряжается. Чтобы устранить зависимость от , в малую цепь параллельно изучаемому элементу включается нормальный элемент Вестона с точно известной величиной потенциала.

Кроме того схема дополнительно снабжена ключом K_U, который поочередно замыкается на исследуемый элемент и элемент Вестона.

Переключив ключ на нормальный элемент Вестона и снова, передвигая по реохордной проволоке ключ К, находят его новое положение, соответствующее отсутствию тока в малой цепи. Для этого случая можно записать равенство:

(11)

Поделив уравнения (10) на (11), получаем:

(12)

ЭДС элемента Вестона постоянна и равна 1,018 В. Для вычисления неизвестной ЭДС – (Е_Х) достаточно знать соотношение отрезков АК / АК^'.

Суть компенсации заключается в следующем:

- аккумуляторы и элементы малой боковой цепи подключаются таким образом, чтобы через участок АК ток проходил в противоположном направлении, передвигая контакт К мы компенсируем напряжение идущее от аккумулятора.

Преимуществом компенсационного способа измерения ЭДС является высокая точность и отсутствие ошибок, связанных с сопротивлением элемента или его поляризацией.

Элемент Вестона

Он представляет собой две стеклянные пробирки, соединенные между собой.

В одно колено помещается металлическая ртуть, затем сверху меркурсульфатная паста, которая готовится аналогично каломельной пасте. Во второе колено помещается амальгама кадмия содержащая 10–13% кадмия, сверху насыпаются кристаллы сульфата кадмия содержащие кристаллизационную воду.

Сосуд заполнен насыщенным раствором сульфата кадмия CdSO₄. В нижнюю часть пробирок впаяны платиновые проволочки для контакта.

Элемент Вестона записывается следующим образом:

(–)Cd | CdSO₄ || SO₄^2-, Hg₂SO₄ | Hg (+)

В нем протекают реакции:

Cd⁰-2_e ® Cd²⁺

Hg₂SO₄+2_e ® 2Hg⁰+ SO₄^2-,

Суммарная реакция:

Hg₂SO₄ + Cd⁰ ®2Hg⁰ + CdSO₄

Элемент Вестона относится к нормальным элементам. Нормальными называются элементы, которые имеют постоянную не изменяющуюся во времени и практически независимую от температуры ЭДС.

Основным прибором, применяемым в потенциометрическом методе анализа, является потенциометр, схема которого представлена на рис. 5. В нем смонтирована вышеуказанная схема с выводом контактов для подключения испытуемого гальванического элемента, гальванометр G, нормальный элемент Вестона, аккумулятор, вместо реохордной проволоки в прибор вмонтирован магазин сопротивлений (11 штук). Первые 10 сопротивлений соединены при помощи одиннадцати контактов, образуя коммутатор потенциометра. Одиннадцатое сопротивление представляет собой проволоку одинакового сечения, намотанную на барабан, с подвижным контактом реохорда. Перед началом измерения гальванометр устанавливают на нуль, включив в малую цепь потенциометра элемент Вестона с помощью сопротивления R. Затем цепь переключают на исследуемый элемент и, регулируя R₁ – R₁₀ и, напоследок, R₁₁ (самая точная настройка), вновь выводят стрелку гальванометра на нуль. Величину ЭДС считывают с показаний шкал коммутатора и реохорда.

Кроме потенциометров, в химических лабораториях используются ламповые вольтметры – рН - метры, например, рН - 340 – это самый распространенный в настоящее время прибор. рН - метры по сравнению с потенциометрами дают менее точные результаты. Примечательно, что эти приборы имеют огромное входное сопротивление порядка 10¹² Ом.

Элемент Якоби-Даниэля

Если два электролита ZnSO₄ и CuSO₄ поместить в электролитическую ячейку разделенную полунепроницаемой перегородкой, опустить в растворы соответствующие электроды друг с другом, то включенный гальванометр покажет наличие электрического тока.

(–)Zn | ZnSO₄ || CuSO₄ | Cu (+)

Zn⁰ - 2e ® Zn²⁺

Сu²⁺ + 2е ® Cu⁰

Zn⁰ + Cu²⁺ ® Zn²⁺ + Cu⁰

Zn + CuSО₄ ® Сu + ZnSО₄.

Электродвижущей силой (ЭДС) гальванического элемента называется измеренная разность потенциалов между двумя электродами.