Электропроводность растворов ЛВ и биологически активных веществ. Кондуктометрия

1.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Тема: «Электропроводность растворов ЛВ и
биологически активных веществ.
Кондуктометрия.»
Дисциплина: Физическая и коллоидная химия
Специальность: Фармация, Технология фармацевтического
производства
Лектор: ассоциированный профессор Мамбетерзина Г.К.

2. Электропроводность

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Электропроводность
Явления
электропроводности
в
тканях
человеческого организма имеют
большое
физиологическое
значение
и
широко
используются
в
физиотерапии.
Электропроводность
разных
тканей
и
биологических жидкостей неодинакова.
По
электропроводности
можно
регистрировать очаги воспаления.
При патологических процессах в тканях
происходит изменение их электрических свойств.
2

3.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Электропроводность L – способность веществ
проводить
электрический
ток,
обусловленная
наличием подвижных заряженных частиц.
В фармацевтике это критически важный параметр
качества для воды, растворов и многих лекарственных
форм.
Чем больше заряженных
частиц и их подвижность,
тем больше
электропроводность.
Сильный электролит,
много ионов
Слабый электролит ,
мало ионов
3

4.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Вещества (по отношению к эл. току)
проводники
проводники
первого рода,
носители
заряда электроны
(металлы)
диэлектрики
проводники
второго рода,
носители
заряда -ионы
(электролиты)
4

5.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Растворы электролитов — проводники
второго
рода,
носителями
электричества в них служат анионы и
катионы.
Электропроводность электролитов
зависит от
природы
электролита
природы
растворителя,
концентрации
температуры
5

6.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
6

7.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Сопротивление любого проводника
определяется по закону Ома:
где l – длина проводника, м;
S – сечение проводника, м2 ;
ρ – удельное сопротивление, Ом м;
Если l = 1 м, S = 1 м2 , то R = ρ ,
ρ – это сопротивление 1м3 раствора
электролита.
7

8.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Электропроводность – величина , обратная
сопротивлению
1
L
(полная) R
R – сопротивление [Ом]
L – электропроводность [Ом–1] или
электропроводность [См] (Сименс)
Системы
1
ρ– удельное сопротивление [Ом∙м]
χ – удельная электропроводность
СИ [Ом–1 ∙ м–1] или [См ∙ м–1]
удельная
электропрово Внесистемные единицы
дность
[Ом–1 ∙ см–1], или [См ∙ см–1]
8

9.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
9

10.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
S
S
R
l
1 l
R S
(KCl, 0,1М, Н2О, 298 К)
= 11,93∙10–3 Ом–1∙см–1.
В зависимости от С в этом объеме может
содержаться
различное
количество
растворенного вещества
10

11.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Температурная зависимость электропроводности KCl

12.

æ,
См/м
80
H2SO4
KOH
40
KCl
MgSO4
0
5
CH3COOH
10
15
с, моль/л
Зависимости удельной электропроводности от концентрации
водных растворов некоторых электролитов.

13.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Два тормозящих эффекта:
Электрофоретический эффект обусловлен тем, что
ион движется в одну сторону, а его ионная
атмосфера в другую. С увеличением концентрации
увеличивается тормозящий эффект.
Релаксационный эффект – это эффект асимметрии
ионной атмосферы. Движение иона и его ионной
атмосферы в разные стороны приводит к тому, что
концентрация ионов в ионной атмосфере позади
движущегося иона всегда выше, чем впереди, т.е.
наблюдается несимметричность ионной атмосферы,
что также создает дополнительное тормозящее
действие
13

14.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Электрофоретический
эффект
Релаксационный
эффект
14

15.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Удельная электропроводность
а) имеет наибольшее значение в растворах сильных
электролитов. В растворах слабых электролитов уд.
электропроводность имеет меньшее значение в растворе (α<<1).
б) в разбавленных растворах сильных электролитов уд.
электропроводность растет, но при достижении определенной
концентрации уд. электропроводность начинает уменьшаться
(усиление межионного взаимодействия).
в) в растворах слабых электролитов с увеличением концентрации
уд. электропроводность сначала увеличивается за счет
увеличения числа ионов, а при достижении определенной
концентрации степень диссоциации начинает уменьшаться, в
результате чего удельная электропроводность уменьшается.

16.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Зависимость удельной электропроводности от
температуры
удельная электрическая проводимость увеличивается с повышением
температуры, что объясняется уменьшением вязкости среды

17.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
17

18.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Вид формулы зависит от размерности χ и С
χ
См∙м–1
См∙м–1
С
моль/м3
моль/л
уравнение
размерность λ
Ом–1∙м2∙моль–1
C
Cм∙м2∙моль–1
1000C
или
Ом–1∙м2∙моль–1
или
Cм∙м2∙моль–1
18

19.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
19

20.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
При
бесконечном
разведении
молярная
электрическая
проводимость перестает зависеть от
концентрации
и
достигает
максимального
значения,
называемого предельной молярной
электрической проводимостью (λ ∞).
20

21.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»

22.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Аррениус установил, что электропроводность слабых
электролитов прямо пропорциональна степени диссоциации:
λ=Кα
При α = 1 К = λ∞, тогда:
α = λ / λ∞
Подставляя значение в уравнение закона разведения Оствальда:
α2 С
К = --------1–α
Получаем уравнение:
λ2 С
К = ----------------λ∞ (λ∞ – λ)
По этим уравнения рассчитывают степень и константу ионизации
слабых электролитов

23.

Скорость движения ионов в растворе. Зависимость
молярной электрической проводимости от скорости
движения ионов
Электропроводность – направленное движение ионов.
-
-
+
+
+
+
-
+
+
+
-
-
l – расстояние между электродами
U - разность потенциалов
U/l - напряженность
23

24.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Абсолютная скорость движения ионов
Вклад иона (катиона или аниона) в общую
электропроводность раствора зависит от скорости его
движения. Скорость движения иона м/с
Сравнение скоростей движения различных видов ионов
производят при градиенте потенциала поля 1 В/м.
Для этих условий скорость движения ионов называют
абсолютной, и обозначают u (м2В–1с–1 )
uK
Абсолютные скорости движения катиона
и аниона
– это расстояние в метрах, которое проходит ион за 1 с
при градиенте потенциала 1В/м.
uА
24

25.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
ПОДВИЖНОСТЬ ИОНОВ
количественная характеристика для оценки способности
ионов к перемещению под действием внешнего поля
Подвижность иона представляет собой произведение
числа Фарадея (F = 96465 B×с×См×моль –1 ) на
абсолютную скорость движения иона и выражается в
См× м2 ×моль – 1
К = F∙ uК
А =F∙ uА
– молярная электропроводность при бесконечном
разбавлении (постоянная величина для каждого иона),
«подвижность»
25

26.

Молярная электропроводность ионов
при бесконечном разбавлении в водных растворах (25 °С)
Катион
H+
К (См см2 моль–1)
349,8
Анион
OH–
А , (См см2 моль–1)
198,3
Na+
50,1
Cl–
76,4
K+
73,5
Br–
78,1
Ag+
61,9
I–
76,8
NH4+
73,5
NO3–
71,5
1/2 Ca2+
59,5
1/2 SO32–
72,0
1/2 Ba2+
63,6
CH3COO–
40,9
1/2 Zn2+
54
1/2 SO42–
80,0
1/2 Cu2+
56,6
1/2 CrO42–
85,0
1/3 Fe3+
68,0
1/2 CO32–
69,3
1/3 Al3+
63,6
HCOO–
54,6
С2H5COO–
37,2
26

27.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Ионы Н+ и ОН– обладают аномально высокой
подвижностью. «Эстафетный» механизм их
передвижения по цепочкам молекул воды,
объединенных системой водородных связей.
27

28.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
28

29.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
29

30.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
30

31.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
31

32.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
32

33.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Кондуктометрия
это
физико-химический
метод
анализа, основанный на измерении
электрической
проводимости
жидких сред. Различают
прямую кондуктометрию
кондуктометрическое титрование
33

34.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Прямой кондуктометрический метод основан на
зависимости электропроводности раствора от
концентрации анализируемого вещества.
Находят неизвестную концентрацию
2 способами:
Метод градуировочного графика. Строят
графики зависимости χ= f(с), используя
стандартные растворы.
Расчѐтный метод. Метод используют для
очень разбавленных растворов. В этом случае
при с→ 0
34

35.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Способ измерения электропроводности
растворов. Кондуктометрия
S
S
l
кондуктометрическая
ячейка («сосуд»)
1 l
R S
R
В электропереносе принимают
участие не только ионы,
находящиеся в межэлектродном
пространстве, но и часть
окружающего раствора, поэтому
l
определяют по
S
стандартному раствору
«постоянная сосуда» kс
для данной измерительной ячейки
35

36.

Определение kс и настройка кондуктометра
по стандартному раствору КСl
1 l 1
KCl
kC
RKCl S R KCl
Стандартный раствор KCl KCl . - справочная величина
R KCl
«постоянная сосуда»
- измеряют
kC KCl . R KCl
Затем измеряют R изучаемого раствора (старые
приборы) и вычисляют
1
р ра
kC
R р ра
36

37.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
В современных кондуктометрах на
дисплее прибора высвечивается
значение уже с учетом kC
(настраивают заранее)
37

38.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Прямая кондуктометрия используется в качестве
метода аналитического контроля растворов
электролитов.
определения общего содержания электролитов
в растворе и жѐсткости воды;
контроля качества дистиллированной воды;
контроля качества жидких пищевых продуктов;
контроля качества технической воды,
используемой в ряде производств –
фармацевтические производства,
теплотехнические производства (питание котлов),
в технологии водоочистки, при оценке
загрязнѐнности сточных вод;
38

39.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Преимущества метода:
•простота,
•высокая чувствительность (до 10–4
моль/л)
•достаточная точность (2 %)
Основной недостаток
малая селективность.
39

40.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Кондуктометрическое титрование
Основано
на
определении
содержания
анализируемого вещества в растворе по кривой
титрования (кондуктограмме)
Кривая титрования имеет линейный характер с
изломом в точке эквивалентности.
По кривой определяют эквивалентный объем
титранта и проводят расчѐт результатов анализа
по закону эквивалентности.
40

41.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
41

42.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
До точки экв-ти электропроводность раствора
падает, т.к. протон кислоты H+ связывается в
слабодиссоциирующую молекулу воды, а вместо него в
растворе появляется менее подвижный ион Na+ .
В точке экв-ти в растворе присутствуют только
ионы Na+ и СI-, обладающие меньшей подвижностью,
чем ионы Н+ и ОН-. Поэтому электропр-ть раствора в
этой точке минимальна.
Следующая порция титранта вызывает линейный
рост электропроводности, т.к. в растворе появляется
избыток OH- , которые уже не могут взаимодействовать
с ионами Н+, поскольку кислота полностью
нейтрализована.
42

43.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
43

44.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Разновидностью
метода
кондуктометрического
титрования
является высокочастотное титрование.
Исследуемый электролит не имеет
прямого
контакта
с
электродами
электрической ячейки, что является
одним из существенных достоинств
метода, позволяющего анализировать
агрессивные растворы
44

45.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Достоинства кондуктометрического титрования:
•анализ концентрированных растворов и для
измерений в агрессивных и летучих средах;
•при работе с окрашенными и темными растворами,
при образовании осадков, титровании взвесей и
эмульсий;
•исследования процессов, происходящих в системе,
находящейся в запаянной ампуле
•при исследовании фазовых переходов;
•анализа неэлектролитов и растворов на основе
органических растворителей;
•для контроля производственных процессов.
45

46.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
Недостаток
неконтактных
методов
заключается в том, что они не дают
возможности
производить
непосредственный
отсчет
величин
измеренной
электропроводности,
поэтому часто применяются только для
определения относительных изменений
электропроводности, в основном, в
варианте титрования.
46

47.

НАО «Карагандинский Медицинский Университет»
СПАСИБО
ЗА ВНИМАНИЕ!