Физика

Физика твердого тела

Куликов Б.А., Маличенко В.В., Лось Е.Б.

Восточноукраинский национальный университет им. В. Даля. Луганск. Рубежанский филиал

Исследование электродной функции мембранного электрода на основе кристалла CdF₂

В настоящее время актуальной проблемой является определение ионного состава питьевой и природной воды. В связи с этим проводятся исследования мембранных электродов, селективных по отношению к токсичным ионам, содержащихся в небольших концентрациях в водных растворах. Нами был изучен мембранный электрод на основе монокристалла CdF₂ с целью определения ионов Cd²⁺. Кадмий опасен в любой форме: принятая внутрь доза в 30 – 40 мг может оказаться смертельной. Выводится кадмий из организма очень медленно (0,1 % в сутки) [1].

Мембрану для мембранного электрода изготовили из монокристалла фторида кадмия в форме пластинки толщиной 1 мм. Кристалл выращивали из расплава соли марки «х.ч.» методом направленной кристаллизации [2].

Мембрану приклеивали к донной части пластмассового корпуса электрода. Внутри корпуса помещали хлорсеребряный электрод сравнения и приэлектродный раствор постоянной концентрации, внешним электродом сравнения служил стандартный хлорсеребряный электрод. При исследовании электродной функции по Cd²⁺ в корпус электрода заливали равные объемы 0,2 н раствора KCl и 0,2 н раствора CdCl₂; при исследовании электродной функции по F^- - 0,2 н растворы KCl и NaF.

Измерение величин электродвижущей силы (Е, мВ) и показателя активности ионов рХ (Cd²⁺ или F^- ) проводили при 20^оС на иономере ЭВ – 74, который был предварительно откалиброван по буферным растворам. Вышеуказанные величины измеряли в направлении от растворов низших концентраций к высшим концентрациям. Перед измерением потенциала в растворе низшей концентрации электрод тщательно промывался дистиллированной водой, а затем дважды данным раствором (CdCl₂ или NaF). При переходе к стандартным растворам более высокой концентрации отмывку электрода проводили только измеряемым раствором.

Электрическая проводимость кристаллов CdF₂ определяется движением анионов в междоузлиях кристаллической решетки [3]. Благодаря этому можно было ожидать селективность кристаллической мембраны из CdF₂ по анионам F^-. Фактически, в нейтральной среде, то есть в водных растворах, величины Е и рХ возрастают с ростом рCd²⁺ и рF^- (рис. 1-4). Это может быть

Рис.1 — потенциал электрода при Рис.2 — активность ионов

определении ионов Cd²⁺ Cd²⁺

Рис. 3 — потенциал электрода при Рис. 4 — активность ионов

определении ионов F^– F^–

связано с образованием на поверхности в нейтральной среде гидроксофторидной пленки (CdOHF) за счет гидролиза ионов Cd²⁺ и F^- по реакции:

CdF₂ + 2H₂O = CdOHF¯+HF.

Химический состав образующейся пленки установлен рентгенографическим методом [4]. Пленка CdOHF имеет электрическую проводимость как по катионам, так и по анионам, поэтому чувствительна к адсорбции ионов Cd²⁺ и F^- из раствора.

Таким образом, в нейтральной, слабощелочной и слабокислой средах мембранный электрод на основе малорастворимого кристалла CdF₂ может служить индикаторным электродом для определения небольших концентраций (10^-4 – 10^-1) ионов Cd²⁺ и F^- в водных растворах. Время установления стабильного электродного потенциала составляет не более 1 мин., точность определения концентрации ионов Cd²⁺ и F^- равна ± 2% отн.

Литература

1. Давыдова С.Л. О токсичности ионов металлов. М.: Знание, 1991. – 30 с.

2. Козлова О.Г. Рост кристаллов. М.: Изд-во МГУ, 1967. -238 с.

3. Справочник химика/ В 6 т., под ред. Никольского Б.П. – 2-е изд. перераб. и доп. – М., Л.: Гос. научно-техн. изд-во хим. лит., 1963. – Т 1. – с. 944.

4. Куликов Б.А., Катаев Г.А., Томашевская С.В. // Журн . физ. химии, 1972. - Т. 46.- № 8 – с. 2153.

Сведения об авторах

Куликов Борис Алексеевич -д.х.н., профессор РФВНУ

Адрес: 93010,г. Рубежное, Луганская обл., Кирова,12 А /Я 35.

Домашний тел.8 (06453)7-09-16.

Лось Е.Б.- к.х.н., старший преподаватель Технологического института ВНУ(Луганск)

Адрес: 93010, г. Рубежное, Луганская обл.,ул.Мира дом 22,кв.16.тел.8(06453)

7-09-16

Маличенко Виктория Викторовна-студентка РФВНУ

Адрес: 93010,г. Рубежное, Луганская обл., ул. Кирова дом 20,кв.33.

Переписку просим вести с Б.А.Куликовым.