VOLTAMETRI: NELERDEN OLUŞUR, TÜRLERI VE UYGULAMALARI - KIMYA - 2024

Voltametri uygulanan bir potansiyel türler varyasyonu ile oluşturulan elektrik akımları bir kimyasal ya da analit bilgileri artı bir elektro tekniktir. Yani, uygulanan potansiyel E (V) ve zaman (t) bağımsız değişkenlerdir; akım (A) iken, bağımlı değişken.

Kimyasal türler normalde elektroaktif olmalıdır. Bu ne demek? Elektron kaybetmesi (oksitlemesi) veya kazanması (azaltması) gerektiği anlamına gelir. Reaksiyonun başlaması için, çalışma elektrodunun teorik olarak Nernst denklemi tarafından belirlenen gerekli potansiyeli sağlaması gerekir.

Kaynak: Trina36, Wikimedia Commons'tan

Yukarıdaki resimde bir voltametri örneği görülebilir. Görüntüdeki elektrot, çözünme ortamına batırılmış karbon liflerinden yapılmıştır. Dopamin, uygun potansiyel uygulanmadıkça iki karbonil grubu C = O (kimyasal denklemin sağ tarafı) oluşturarak oksitlenmez.

Bu, E'nin çözelti, mevcut iyonlar, elektrotun kendisi ve dopamin gibi birçok faktör tarafından sınırlanan farklı değerlerle taranmasıyla gerçekleştirilir.

E'yi zaman içinde değiştirerek, iki grafik elde edilir: ilk E vt (mavi üçgen) ve ikincisi, C'ye karşı t (sarı) yanıtı. Formları, deney koşulları altında dopamini belirlemek için karakteristiktir.

Voltametri nedir?

Voltametri, polarografi tekniğinin kimyada 1922 Nobel Ödülü sahibi Jaroslav Heyrovsky tarafından icat edilmesi sayesinde geliştirildi. İçinde cıva damlasının (EGM) elektrotu sürekli yenilenir ve polarize edilir.

Bu yöntemin o dönemdeki analitik eksiklikleri, diğer mikroelektrotların kullanılması ve tasarlanmasıyla giderildi. Bunlar, karbon, asil metaller, elmas ve polimerlerden tasarımlarına, disklerine, silindirlerine, tabakalarına kadar malzemede büyük farklılıklar gösterir; ve ayrıca çözümle etkileşime girme şekillerinde: sabit veya döner.

Tüm bu ayrıntılar, sınır akımı (i ₁ ) olarak bilinen kayıtlı akımın bozulmasına neden olan elektrotun polarizasyonunu desteklemeyi amaçlamaktadır . Bu, analitin konsantrasyonu ile orantılıdır ve söz konusu akımın yarısını (i _1/2 ) elde etmek için gücün yarısı E (E _1/2 ) türlerin özelliğidir.

Daha sonra, E'nin değişimi ile elde edilen akımın grafiğinin çizildiği, bir voltamperogram olarak adlandırılan eğride E _1/2 değerlerini belirleyerek, bir analitin varlığı belirlenebilir. Yani, deneyin koşulları verilen her analitin kendi değeri E _{1/2 olacaktır} .

Voltametrik dalga

Voltametride birçok grafikle çalışırsınız. Bunlardan ilki, uygulanan potansiyel farklılıkların zamanın bir fonksiyonu olarak izlenmesine izin veren E-t eğrisidir.

Ancak aynı zamanda elektrik devresi, elektrotun yakınında elektron kaybederek veya kazanarak analit tarafından üretilen C değerlerini kaydeder.

Elektrot polarize olduğu için, çözeltiden içine daha az analit yayılabilir. Elektrot pozitif yüklü, örneğin, X türü ^- buna çekici olacaktır ve sadece elektrostatik çekim ile ona doğru yönlendirilecektir.

Ama X ^- yalnız değilsiniz: çevrenizde başka iyonlar da var. Bazı M ⁺ katyonları elektrotu pozitif yük "kümeleri" içine alarak elektrotun yoluna girebilir; ve aynı şekilde, N- ^- anyonlar olabilir elektrot ve önlemek X etrafında tuzak ^{- arasından} kendisine ulaşan.

Bu fiziksel olayların toplamı, akımın kaybolmasına neden olur ve bu, C'ye karşı E eğrisinde ve sigmoid şekli olarak adlandırılan bir S'ye benzer şekilde gözlenir. Bu eğri, voltametrik dalga olarak bilinir.

Enstrümantasyon

Kaynak: Stan J Klimas, Wikimedia Commons'tan

Voltametrinin enstrümantasyonu analite, çözücüye, elektrot tipine ve uygulamaya göre değişir. Ancak, bunların büyük çoğunluğu üç elektrottan oluşan bir sisteme dayanıyor: biri iş için (1), yardımcı (2) ve referans biri (3).

Kullanılan ana referans elektrot kalomel elektrottur (ECS). Bu, çalışma elektrotu ile birlikte, referans elektrot potansiyeli ölçümler sırasında sabit kaldığı için bir potansiyel farkı ΔE oluşturmayı mümkün kılar.

Diğer yandan, yardımcı elektrot, kabul edilebilir E değerleri dahilinde tutmak için, çalışan elektroda geçen yükü kontrol etmekten sorumludur. Bağımsız değişken, uygulanan potansiyel farkı, çalışan ve referans elektrotların potansiyellerinin toplanmasıyla elde edilen değişkendir.

Türleri

Kaynak: domdomegg tarafından, Wikimedia Commons'tan

Yukarıdaki görüntü, doğrusal süpürme voltametrisi için potansiyel dalga formu olarak da adlandırılan bir E vs t grafiğini göstermektedir.

Zaman geçtikçe potansiyelin arttığı görülebilir. Buna karşılık, bu tarama, şekli sigmoid olacak bir yanıt eğrisi veya voltamperogram C ve E oluşturur. E ne kadar artarsa ​​çıksın akımda artış olmayacağı bir nokta gelecek.

Bu grafikten diğer voltametri türleri çıkarılabilir. Nasıl? Belirli kalıpları takip eden ani potansiyel darbeler aracılığıyla potansiyel dalga E-t'yi değiştirme. Her model bir tür voltametri ile ilişkilidir ve kendi teori ve deneysel koşullarını kapsar.

Darbe voltametri

Bu tip voltametride, E _1/2 değerleri birbirine çok yakın olan iki veya daha fazla analitin karışımları analiz edilebilir . Bu nedenle, E _1/2 0,04V olan bir analit , başka bir şirkette E _1/2 0,05V ile tanımlanabilir. Doğrusal süpürme voltametrisinde ise, fark 0.2V'den büyük olmalıdır.

Bu nedenle, daha yüksek hassasiyet ve daha düşük algılama sınırları vardır; yani analitler çok düşük konsantrasyonlarda belirlenebilir.

Potansiyel dalgaları merdiven benzeri desenlere, eğimli merdivenlere ve üçgenlere sahip olabilir. İkincisi, döngüsel voltametriye karşılık gelir (İngilizce kısaltması için CV, ilk resim).

CV'de, bir yönde pozitif veya negatif bir E potansiyeli uygulanır ve daha sonra, t anında belirli bir E değerinde, aynı potansiyel tekrar ancak ters yönde uygulanır. Üretilen voltamperogramları incelerken, maksimumlar kimyasal reaksiyonda aracıların varlığını ortaya çıkarır.

Yeniden çözünme voltametri

Bu, anodik veya katodik tipte olabilir. Analitin cıva elektrotu üzerinde elektrodepozisyonundan oluşur. Analit bir metal iyonu ise (Cd ²⁺ gibi ), bir amalgam oluşacaktır; ve bir anyon ise (MoO ₄ ^{2– gibi} ) çözünmeyen cıva tuzu.

Daha sonra, elektro-çökelmiş türlerin konsantrasyonunu ve kimliğini belirlemek için potansiyel darbeleri uygulanır. Böylece amalgam, cıva tuzları gibi yeniden çözülür.

Uygulamalar

-Anodik yeniden çözünme voltametri, sıvıda çözünmüş metallerin konsantrasyonunu belirlemek için kullanılır.

-Özellikle elektrotlar belirli bir analiti algılamak için değiştirildiğinde redoks veya adsorpsiyon işlemlerinin kinetiğini incelemeye izin verir.

-Teorik temeli biyosensörlerin üretiminde kullanılmıştır. Bunlarla biyolojik moleküllerin, proteinlerin, yağların, şekerlerin vb. Varlığı ve konsantrasyonu belirlenebilir.

-Son olarak aracıların reaksiyon mekanizmalarına katılımını tespit eder.

Referanslar

1. González M. (22 Kasım 2010). Voltametri. Quimica.laguia2000.com adresinden kurtarıldı
2. Gómez-Biedma, S., Soria, E. ve Vivó, M .. (2002). Elektrokimyasal analiz. Biyolojik Tanı Dergisi, 51 (1), 18-27. Scielo.isciii.es'den kurtarıldı
3. Kimya ve Bilim. (18 Temmuz 2011). Voltametri. Laquimicaylaciencia.blogspot.com adresinden kurtarıldı
4. Quiroga A. (16 Şubat 2017). Dönüşümlü voltametri. Chem.libretexts.org adresinden kurtarıldı
5. Samuel P. Kounaves. (Sf). Voltametrik Teknikler. . Tufts Üniversitesi. Alındığı kaynak: brown.edu
6. Day R. & Underwood A. Quantitative Analytical Chemistry (5. baskı). PEARSON Prentice Salonu.