Физические принципы, заложенные в основу измерения концентрации вещества кондуктометрическим методом

Определение понятия концентрации как отношения числа частиц компонента системы, его количества или массы к объему системы. Характеристика методов измерения концентрации: хроматографических, электрохимических, селективных, спектроскопии и кондуктометрии.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЮЖНО - УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

МИАССКИЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра "ТМ"

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине Физические основы измерений на тему:

"Физические принципы, заложенные в основу измерения концентрации вещества кондуктометрическим методом"

Выполнил: Балакин В.Е.

МсЗ-179-УК

Проверил: Новиков А.И.

Миасс 2009 г.

Содержание

Введение

1. Концентрация

1.1 Необходимость измерения концентрации

1.2 Концентрация и ее виды

2. Методы измерения концентрации

2.1 Методы анализа, основанные на определении положения равновесия

2.2 Спектроскопия

2.3 Хроматографические методы

2.4 Селективные методы определения

2.5 Электрохимические методы

3. Кондуктометрия

3.1 Контактные методы

3.2 Бесконтактные методы

3.3 Приборы для измерения концентрации растворов кондуктометрическим методом

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Целью этой работы является показать, что такое концентрация и как она измеряется кондуктометрическим методом.

Данная курсовая работа состоит из трех глав.

В первой мы рассмотрим основные понятия концентрации, физических величин, сопряженных с ней и виды концентрации.

Чтобы вещества прореагировали, необходимо, чтобы их молекулы столкнулись. Вероятность столкновения двух людей на оживленной улице гораздо выше, чем на пустынной. Так и с молекулами. Очевидно, что вероятность столкновения молекул на рисунке слева выше, чем справа. Она прямо пропорциональна количеству молекул реагентов в единице объема, т.е. молярным концентрациям реагентов.

Во второй, основные способы измерения концентрации.

В третьей, раскроем подробно один из способов измерения концентрации, как кондуктометрия.

1. Концентрация

1.1 Необходимость измерения концентрации

Химический анализ буквально пронизывает всю нашу жизнь. Его методами проводят скрупулезную проверку лекарственных препаратов. В сельском хозяйстве с его помощью определяют кислотность почв и содержание в них питательных веществ, что позволяет подобрать оптимальные условия обработки почвы, также оценивают содержание белка и влаги в разных сортах зерна. Химическому анализу подвергаются и товары широкого потребления: в зубной пасте контролируют содержание фтора, в маслах - содержание ненасыщенных соединений. Измерение концентрации этилового спирта в спиртосодержащих растворах необходимо в равной степени для сопровождения технологических процессов в вино-водочной промышленности и для осуществления контроля качества и сертификации произведенной продукции.

В природоохранной деятельности методы аналитической химии применяют для контроля качества питьевой воды, для определения содержания вредных веществ в отходах и окружающей среде.

Например: радон - это ядовитый газ, который накапливается обычно в непроветриваемых подвалах многоэтажных жилых домов и имеет обыкновение распространяться по щелям между панелями в жилые квартиры всего дома. Он также накапливается и в самих квартирах, если их долго не проветривать. Ядовитый газ очень сильно сказывается на здоровье жильцов.

Наверное, многие слышали о службе экологического контроля, в задачу которой входит проверка уровня содержания радона в жилых домах и квартирах. Но и многие также, наверное, слышали о том, что такая служба существует чуть ли не одна на многомиллионный город, да и то с одним единственным прибором по контролю радона. Это не далеко от истины. А причина в том, что сам прибор стоит дорого и процесс измерения концентрации радона достаточно сложен сам по себе. В последнее время разрабатываются более простые и дешевые способы выявления этого газа.

Также изменение концентрации радона в воздухе без инерционным способом, что особенно важно при разведке ископаемых, при аварийных ситуациях и, что актуально в настоящее время, применим для прогнозирования землетрясений.

Установлено, что из известных свойств пыли, масса и число частиц характеризуют вредность пыли для организма человека. Поэтому разработаны нормы концентрации пыли для различных мест и условий работы людей.

В судебной практике с их помощью обнаруживают следы пороха на руках подозреваемого, анализируют состав красок, которыми написана картина, чтобы отличить подлинник от подделки.

Знания основ гидрохимии нашли применение в таком увлечение, казалось бы далеком от химии, аквариумистике. Но около 90% рыбьих невзгод связано именно с неблагоприятными условиями жизни в аквариумах, где этим бедолагам угораздило оказаться.

Методы анализа различаются по степени сложности. Так, в медицине используются экспресс-тесты на беременность и сложные методы анализа крови на содержание сахара или холестерина, контроля уровня нейромедиаторов при исследовании мозга in vivo и пр.

Из приведенных примеров видно, что все вопросы, которые решает аналитическая химия, можно свести к следующим: что представляет собой данное вещество, из каких компонентов оно состоит, каковы их количество и распределение? Чтобы ответить на эти вопросы, проводят самые разнообразные химические реакции, применяют широкий спектр химических, физических, физико-химических, биологических методов, разрабатывают новые методы анализа и совершенствуют уже существующие. Число методов аналитической химии чрезвычайно велико и постоянно растет.

Аналитическая химия тесно связана с другими дисциплинами: химический анализ внедряется в различные области науки, химик-аналитик пользуется достижениями других разделов химии, а также математики, физики, биологии и многих областей техники.

В технологии выполнения химических анализов необходимым элементом является приготовление растворов химических веществ. В химическом анализе используются различные растворенные вещества (реагенты, буферные смеси, фиксирующие агенты, консерванты и т.п.) и растворители (вода, этанол и водно-спиртовые смеси, органические экстрагенты).

1.2 Концентрация и ее виды

В учебных пособиях, руководствах для химиков-аналитиков, нормативных документах (ГОСТах, РД, МУ) и справочной литературе можно встретить различные способы выражения концентраций. Ниже мы остановимся на некоторых из них, наиболее часто встречающихся, но сначала приведем краткую информацию по основополагающим единицам измерений, применяющихся при описании различных способов выражения концентраций химических веществ в растворах.

Масса вещества обозначается как m(X) (где X - химический символ вещества) и обычно измеряется в граммах или миллиграммах.

За единицу количества вещества n(X) принят моль.

Моль - это количество вещества, содержащее столько молекул, либо атомов, либо ионов, либо других структурных единиц из которых это вещество состоит, сколько содержится атомов в 12 г изотопа углерода 12С. В 12 г этого изотопа содержится 6.0221367?1023 атомов. Один моль вещества, состоящего из молекул, включает в себя 6.0221367?1023 молекул, если вещество имеет атомарное строение (например какой-либо металл), то один моль такого вещества будет включать в себя 6.0221367?1023 атомов. При растворении соли в воде молекулы диссоциируют на ионы и все будет выглядеть уже чуть сложнее: один моль растворенной соли, скажем, хлорида кальция (CaCl2) даст один моль ионов кальция (Ca2+) и два моля ионов хлора (Cl-), то есть 12.0442734?1023 ионов, ведь одна молекула хлорида кальция растворившись даст два иона хлора.

6.0221367?1023 ? это особое число структурных единиц вещества (атомов, молекул, ионов) используемое для измерения количества вещества в молях. Оно называется числом Авогадро, в честь итальянского физика Амедео Авогадро.

Атомной единицей массы (а.е.м.) является 1/12 массы атома углерода. В а.е.м. указана масса элементов в таблице Менделеева. Относительной молекулярной массой (сокращенно молекулярной массой) простого или сложного вещества называют отношение массы его молекулы к 1/12 части атома ¹²С. На практике, поскольку масса любой молекулы равна сумме масс составляющих ее атомов, молекулярная масса, рассчитывается как сумма атомных масс этих атомов.

Известно, что а.е.м. равна 1.66?10-24 г. Отсюда можно подсчитать какова же масса моля кого-либо вещества в граммах. Для этого надо число Авогадро умножить на численное значение а.е.м. в граммах и на молекулярную массу этого вещества, либо на массу той элементарной единицы, из которых данное вещество состоит (обозначим эту величину N а.е.м.):

1.66?10-24 ? 6.0221367?1023 ? N а.е.м. = 0.999674576 ? N а.е.м.

По сути дела получается, причем не только из этих расчетов, но и исходя из всех приведенных выше определений, что мольная масса =1?N а.е.м., то есть мольная масса вещества выраженная в граммах, имеет то же численное значение, что и его относительная молеку...