Ch−¬ng 6
§o mét sè chØ tiªu c«ng nghÖ
Trong c«ng nghiÖp luyÖn kim nhiÒu tr−êng hîp ph¶i ®o mét sè chØ tiªu c«ng
nghÖ nh− ®é pH, nång ®é chÊt ®iÖn ly, tû träng, ®é Èm, møc chÊt l−u …Trong
ch−¬ng nµy tr×nh bµy nguyªn t¾c ®o vµ thiÕt bÞ ®o c¬ b¶n dïng ®Ó ®o mét sè chØ tiªu
c«ng nghÖ th−êng gÆp.
6.1. §o nång ®é ion H+
6.1.1. Nguyªn lý ®o
ë ®iÒu kiÖn b×nh th−êng, n−íc ph©n ly kh«ng ®¸ng kÓ, ph−¬ng tr×nh ph©n ly:
[]
[
]
[
]
−+ +↔ OHHHOH
H»ng sè ph©n ly:
[
]
[
]
[]
HOH
OH.H
K
−+
=
§èi víi n−íc nguyªn chÊt K = 10-14.
Do vµ
[]
1HOH ≈
[
]
[
]
−+ =OHH nªn
[
]
7
10H −+ =.
§é pH cña n−íc nguyªn chÊt:
[
]
7HlgpH =−= +
Dung dÞch cã ®é pH = 7 lµ dung dÞch trung tÝnh, pH > 7 lµ dung dÞch cã tÝnh kiÒm,
pH < 7 lµ dung dÞch cã tÝnh axÝt.
Nguyªn lý ®o nång ®é H+ dùa trªn c¬ së: nÕu nhóng mét thanh kim lo¹i vµo
dung dÞch muèi sÏ sinh ra mét hiÖu thÕ gäi lµ thÕ ®iÖn cùc:
cln
nF
RT
Cln
nF
RT
E−= (6.1)
Trong ®ã:
F- h»ng sè fara®©y ( F = 16.500 [C]).
C - nång ®é ion trong kim lo¹i.
c - nång ®é ion trong dung dÞch muèi.
n - hãa trÞ cña kim lo¹i.
Th«ng th−êng nång ®é ion trong kim lo¹i hÇu nh− kh«ng ®æi, c«ng thøc (6.1)
cã thÓ viÕt:
-85-
cln
nF
RT
EE 0−= (6.2)
Tõ c«ng c«ng thøc (6.2) nhËn thÊy: thÕ ®iÖn cùc phô thuéc b¶n chÊt kim lo¹i,
nhiÖt ®é vµ nång ®é ion trong dung dÞch. NÕu biÕt thÕ ®iÖn cùc ta cã thÓ x¸c ®Þnh
®−îc nång ®é ion trong dung dÞch. Tuy nhiªn, trong thùc tÕ kh«ng thÓ ®o trùc tiÕp
thÕ ®iÖn cùc, do vËy ®Ó ®o nång ®é [H+] ng−êi ta ®o hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a cùc ®o nhóng
trong dung dÞch cÇn ®o vµ cùc so s¸nh nhóng trong dung dÞch ®· biÕt tr−íc nång ®é.
6.1.2. ThiÕt bÞ ®o
a) §iÖn cùc
Bé phËn c¬ b¶n cña thiÕt bÞ ®o nång ®é [H+] lµ c¸c ®iÖn cùc gåm ®iÖn cùc so
s¸nh vµ ®iÖn cùc ®o.
§Ó lµm ®iÖn cùc so s¸nh th−êng dïng ®iÖn cùc calomen (h×nh 6.1a), gåm d©y
platin (1), nót (2), b×nh thñy tinh (3), líp thñy ng©n kim lo¹i Hg (4), líp calomen
Hg2Cl2 (5), líp b«ng (6), dung dÞch KCl (7) vµ nót (8), (9). Líp bÒ mÆt ph¶n øng cña
®iÖn cùc lµ bÒ mÆt tiÕp xóc Hg - Hg2Cl2.
4
2
1
3
3
3
4
5
6
7
9
8
2
1
2
5
1
c)
b)
a)
H×nh 6.1 S¬ ®å cÊu t¹o ®iÖn cùc ®o [H+]
a) §iÖn cùc so s¸nh b) §iÖn cùc ®o c) §iÖn cùc mµng thñy tinh
H»ng sè ph©n ly:
[
]
[
]
[]
22
22
ClHg
Cl.Hg
K
++
=
-86-
Do
[
æn ®Þnh vµ
]
22ClHg
[
]
−
Cl ®−îc gi÷ kh«ng ®æi nhê sù bæ sung tõ dung
dÞch KCl nªn ®iÖn thÕ ®iÖn cùc lu«n cè ®Þnh.
§iÖn cùc ®o th−êng sö dông ®iÖn cùc kim lo¹i (platin, vµng, b¹c, thñy ng©n).
Chóng cã cÊu t¹o (h×nh 6.1b) gåm mét que kim lo¹i (1) ®Æt trong mét èng thñy tinh
hoÆc polime b¶o vÖ (2), phÇn d−íi cña que (gäi lµ phÇn nh¹y c¶m) kh«ng bÞ che
ch¾n ®Ó cã thÓ tiÕp xóc víi dung dÞch. §iÖn cùc ®−îc nèi ®iÖn ra ngoµi b»ng c¸p
®iÖn (3).
Khi ®o pH ng−êi ta th−êng dïng ®iÖn cùc ®o mµng thñy tinh (h×nh 6.1c). CÊu
t¹o cña ®iÖn cùc gåm: d©y b¹ch kim (1), nót (2), b×nh thñy tinh cã ®¸y máng h×nh
cÇu (3), dung dÞch KCl (4), líp bäc AgCl (5). PhÇn tö nh¹y c¶m cña ®iÖn cùc lµ
mµng thñy tinh máng h×nh cÇu chÕ t¹o tõ thñy tinh ®Æc biÖt cã tÝnh dÉn ®iÖn yÕu, khi
®Æt trong dung dÞch chøa [H+], ®iÖn thÕ trªn mÆt ph©n c¸ch phô thuéc vµo ho¹t ®é
cña c¸c ion [H+]:
+
+= H
'
0aln
F
RT
EE
b) S¬ ®å hÖ thèng ®o
Tïy theo yªu cÇu sö dông ng−êi ta dïng s¬ ®å ®o kh¸c nhau.
Trong s¬ ®å h×nh 6.2, sö dông dông cô ®o thø cÊp lµ miliv«n kÕ, gåm b×nh
chøa dung dÞch cÇn ®o (1), ®iÖn cùc so s¸nh (2) ®iÖn cùc ®o (3), bé khuÕch ®¹i (4),
miliv«n kÕ (5), ®iÖn trë bï nhiÖt ®é Rt. HiÖu ®iÖn thÕ gi÷a cùc ®o vµ ®iÖn cùc so
s¸nh qua bé khuÕch ®¹i ®−îc ®−a trùc tiÕp vµo ®ång hå ®o.
R1
R
4
Rt
2
1 3
5
H×nh 6.2 S¬ ®å hÖ thèng ®o [H+] dïng miliv«n kÕ
1) Dung dÞch cÇn ®o 2) §iÖn cùc so s¸nh 3) §iÖn cùc ®o
4) Bé khuÕch ®¹i 5) Miliv«n kÕ 6) §iÖn trë bï
-87-
§Ó bï ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ng−êi ta l¾p vµo m¹ch ®o ®iÖn trë bï Rt. Do thÕ
®iÖn cùc cña ®iÖn cùc ®o cã ®iÖn trë lín (cì hµng chôc MΩ) nªn dông cô ®o thø cÊp
ph¶i cã ®iÖn trë vµo lín.
Trong s¬ ®å h×nh 6.3, sö dông hÖ thèng ®o tù ®éng. HÖ thèng ®o gåm bÓ chøa
dung dÞch cÇn ®o [H+] (1), ®iÖn cùc ®o (2), ®iÖn cùc so s¸nh (3), khuÕch ®¹i (4),
®éng c¬ xoay chiÒu (5) vµ hai cÇu c©n b»ng (6), (7). Khi ®o, hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a ®iÖn
cùc ®o vµ ®iÖn cùc so s¸nh t¹o ra tÝn hiÖu sai lÖch ∆V, qua bé khuÕch ®¹i (4) lµm
quay ®éng c¬ (5), con ch¹y biÕn trë R liªn ®émg víi ®éng c¬ quay theo cho ®Õn khi
sai lÖch ®iÖn ¸p b»ng 0 th× ®éng c¬ ngõng quay. §iÖn trë Rt dïng ®Ó bï ¶nh h−ëng
cña nhiÖt ®é.
2
1
3
R
R1
R2
Rt
R5
7
R4R5
R3
5
6
∆
V 4
H×nh 6.3 HÖ thèng ®o [H+] tù ®éng
1) Dung dÞch cÇn ®o 2) §iÖn cùc ®o 3) §iÖn cùc so s¸nh 4) KhuÕch ®¹i
5) §éng c¬ xoay chiÒu 6&7) CÇu c©n b»ng
6.2. §o nång ®é chÊt ®iÖn ly
6.2.1. Nguyªn lý ®o
§o nång ®é chÊt ®iÖn ly dùa trªn nguyªn lý ®o ®é dÉn ®iÖn cña dung dÞch
chøa chÊt ®iÖn ly. §é dÉn ®iÖn cña mét chÊt ®iÖn ly phô thuéc:
-88-
+ B¶n chÊt, ®é ph©n ly vµ nång ®é chÊt ®iÖn ly.
+ NhiÖt ®é cña dung dÞch.
§é dÉn ®iÖn ®iÖn riªng cña mét chÊt trong dung dÞch x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
(Ω.cm)
λαµ=χ .. -1 (6.3)
Trong ®ã:
µ - nång ®é ®−¬ng l−îng cña dung dÞch.
α - møc ®é ®iÖn ly.
λ - ®é dÉn ®iÖn ®−¬ng l−îng cña dung dÞch.
Quan hÖ gi÷a nång ®é ®−¬ng l−îng (µ) vµ ¸p suÊt thÊm thÊu (p) cã d¹ng:
6
10.
p−
δ
=µ (6.4)
Trong ®ã δ lµ träng l−îng ®−¬ng l−îng cña chÊt hßa tan.
Tõ (6.3) vµ (6.4) ta cã:
6
10..
p. −
λ
δ
α
=χ (6.5)
§é dÉn ®iÖn còng phô thuéc vµo nhiÖt ®é, quan hÖ phô thuéc cã d¹ng:
(
)
[]
00t tt1.
−
β
+
χ
=
χ
Trong ®ã:
χt, χ0 - lµ ®é dÉn ®iÖn cña chÊt ®iÖn ly ë nhiÖt ®é t vµ t0.
β - hÖ sè phô thuéc b¶n chÊt dung dÞch vµ nhiÖt ®é, trong kho¶ng 0 - 30oC, gi¸
trÞ cña β nh− sau:
Dung dÞch axit: β = 0,017.
Dung dÞch kiÒm: β = 0,019.
Dung dÞch muèi: β = 0,023.
Nh− vËy ë mét nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh, ®é dÉn ®iÖn cña dung dÞch chØ phô thuéc
nång ®é dung dÞch . §o ®é dÉn ®iÖn cña dung dÞch ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc
nång ®é chÊt ®iÖn ly trong dung dÞch.
()
cf=χ
6.2.2. ThiÕt bÞ ®o
S¬ ®å hÖ thèng ®o nång ®é chÊt ®iÖn ly tr×nh bµy trªn h×nh (6.4).
-89-