КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХЛОРИДА КАЛИЯ В ВОДНОМ РАСТВОРЕ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

УДК 541.133

КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХЛОРИДА КАЛИЯ В ВОДНОМ РАСТВОРЕ

Ю. П. Перелыгин1, И. В. Рашевская2, И. Г. Кольчугина3, М. Ю. Перелыгин4

1,2,3,4Пензенский государственный университет, Пенза, Россия

'[email protected] [email protected]

Аннотация. В настоящее время количественное определение хлорида калия (40 мг/мл или 40 г/л) в растворах для инфузий осуществляется достаточно длительным методом титрования нитратом серебра, т.е. с расходом соли драгоценного металла. Разработка точного, более быстрого и не связанного с расходом драгоценного металла метода определения концентрации хлорида калия до введения в раствор декстрозы моногидрата и раствора хлористоводородной кислоты является достаточно актуальной задачей. Представлены результаты математической обработки известных экспериментальных данных. На примере известных литературных данных по электропроводности раствора калия хлорида получено уравнение зависимости концентрации соли от 7,5 до 300 г/л от удельной электропроводности раствора (х) с коэффициентом корреляции 0,999.

Ключевые слова: электропроводность раствора, концентрация хлорида калия, коэффициент корреляции

Для цитирования: Перелыгин Ю. П., Рашевская И. В., Кольчугина И. Г., Перелыгин М. Ю. Кондуктометри-ческий метод определения хлорида калия в водном растворе // Вестник Пензенского государственного университета. 2024. № 3. С. 84-87.

Введение

Растворы хлорида калия с концентрацией 40 мг/мл достаточно широко используются в медицинской практике для внутреннего применения [1].

Количественное определение калия хлорида рекомендуется проводить методом титрования с применением азотнокислого серебра в присутствии в качестве индикатора калия хромата [2], что связано с расходом серебра.

Цель настоящего исследования: разработка быстрого кондуктометрического метода количественного определения хлорида калия с концентрацией 40 мг/мл, используемого для инфузий.

Экспериментальная часть

Ранее [3] для раствора хлорида натрия установлена зависимость концентрации хлорида натрия (с) от удельной электропроводности (х) раствора следующего вида:

© Перелыгин Ю. П., Рашевская И. В., Кольчугина И. Г., Перелыгин М. Ю., 2024

- - - - Р,

с X

где а и в - постоянные при заданной температуре, и это делает достаточно обоснованным применение этого уравнения и для раствора хлорида калия.

В табл. 1 приведены значения удельной электропроводности (х) и (1/х) раствора хлорида калия от концентрации (с) и (1/с) при температуре 25 °С1.

Таблица 1

Значения удельной электропроводности

Концентрация раствора (с), г/л 7,5 50,0 100 150 200 250 300

1/с, л/г 0,1333 0,02 0,01 0,00667 0,005 0,004 0,0033

Удельная электропроводность (х), См/м 1,3 7,8 14,6 21,15 27,30 32,60 37,24

1/Х, См-1/м-1 0,77 0,128 0,0685 0,047 0,0366 0,0307 0,026

Обработка экспериментальных данных, приведенных в табл. 1, методом наименьших квадратов приводит к следующей линейной зависимости 1/с (л/г) от 1/х (См-1/м-1) (рис. 1) и уравнению при концентрации хлорида калия от 7,5 до 300 г/л с коэффициентом корреляции 0,999 и средней ошибкой аппроксимации не более 4,5 %:

1

0,1752 X

■ 0, 0017.

(1)

0,2 0,3 0,4 0,5 О,б 0,7 0,8 1 /X

Рис. 1. Зависимость 1/с (л/г) от 1/х (См_1/м_1)

с

Как следует из последнего уравнения, при концентрации хлорида калия 40 г/л (40 мг/мл) удельная электропроводность раствора при температуре 25 ^ равна 6,562 См/м.

Если измерение проводилось при температуре, не равной 25 то необходимо провести перерасчет на температуру 25 ^ по уравнению

1 ГОСТ 8.354-85. Анализаторы жидкости кондуктометрические. Методика поверки. М. : Госстандарт, 1985. 15 с.

Вестник Пензенского государственного университета. 2024. № 3

Х 25

= X («25 + 1)

(1 + аг) '

(2)

где х25 и X - удельная электропроводность при температуре 25 и г °С, при которой произведено измерение удельной электропроводности соответственно; а - коэффициент, который зависит от концентрации хлорида калия и для нашего случая в интервале температур от 20 до 30 оС равен 0,03535.

Последнее уравнение и значение коэффициента а получены из уравнения X, = X, = 0 (1 + аг) [4], которое применимо в узком интервале температур.

В более широкой области изменения температуры можно использовать уравнение Аррениуса для определения удельной электропроводности при температуре [5, 6]:

X = А ехр

Ж ЯТ

где Ж - энергия активации электропроводности; А - предэкспоненциальная константа, которая зависит от вида растворенного электролита и его концентрации; Т - абсолютная температура; Я - универсальная газовая постоянная.

В табл. 2 в качестве примера приведены значения удельной электропроводности (х) и (1пх) раствора хлорида калия при концентрации 0,67 моль/л (50 г/л) от температуры (1/Т)2.

Таблица 2

Значения удельной электропроводности

Температура, °С 20 25 35 55 65 70 85

1/Т 0,0034 0,003356 0,003247 0,003049 0,00296 0,00292 0,0028

Удельная электропроводность, См/м 7,05 7,8 9,25 12,05 13,51 14,25 16,5

1п X 1,95 2,05 2,22 2,57 2,6 2,66 2,8

Обработка экспериментальных данных, приведенных в табл. 2, методом наименьших квадратов приводит к следующей линейной зависимости 1пх от 1/Т (рис. 2) и уравнению при температуре от 293 до 358 К с коэффициентом корреляции 0,986:

1пх = 6,61 -

1357,3

0,0028 0,0029 0,003 0,0031 0,0032 0,0033 0,0034 1 /Г

Рис. 2. Зависимость 1пу от 1/Т

ГОСТ 8.354-85. Анализаторы жидкости кондуктометрические. Методика поверки. М. : Госстандарт, 1985. 15 с.

Из последних двух уравнений следует, что энергия активации электропроводности раствора хлорида калия при концентрации 50 г/л равна V = 1357,3 • Я = 11 279 Дж/моль. Энергия активации электропроводности раствора зависит от концентрации вещества в растворе и его вида [5, 6].

Таким образом, методика определения концентрации хлорида калия в растворе сводится к измерению удельной электропроводности раствора (х, См/м) при температуре г °С , пересчету к температуре 25 °С по уравнению (2) и расчету концентрации соли (с, г/л) по уравнению (1).

Заключение

Определение концентрации хлорида калия в растворах для инфузий до введения в раствор декстрозы моногидрата и раствора хлористоводородной кислоты сводится к измерению удельной электропроводности (См/м) при температуре 25 °С и последующему расчету концентрации (с, г/л) по уравнению с коэффициентом корреляции 0,999 и средней ошибкой аппроксимации не более 4,5 %:

1 = 0Л752 _ 0, 0017.

с X

Если измерение проводилось при температуре, не равной 25 °С, то необходимо провести перерасчет на температуру 25 °С по уравнению (2).

Список литературы

1. Машковский М. Д. Лекарственные средства. 15-е изд. М. : Новая волна, 2007. 1206 с.

2. Государственная Фармакопея. 10-е изд. М. : Медицина, 1968. С. 442-443.

3. Перелыгин Ю. П., Митрошин А. Н., Перелыгин М. Ю. Кондуктометрический метод определения концентрации натрия хлорида в стерильных растворах // Вестник Пензенского государственного университета. 2023. № 3. С. 68-71.

4. Антропов Л. И. Теоретическая электрохимия. М. : Высш. шк., 1975. 560 с.

5. Иванов А. А. Электропроводность водных растворов кислот и гидроксидов // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. 1989. Т. 32 (10). С. 3-16.

6. Машина А. Н., Артемкина Ю. М., Щербаков В. В. Температурная зависимость энергии активации электропроводности водных растворов сильных электролитов // Успехи в химии и химической технологии. 2017. Т. 31, № 4. С. 49-51.

Информация об авторах

Перелыгин Юрий Петрович, доктор технических наук, профессор, профессор-консультант кафедры «Химия», Пензенский государственный университет.

Рашевская Ирина Владимировна, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Химия», Пензенский государственный университет.

Кольчугина Ирина Геннадьевна, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Химия», Пензенский государственный университет.

Перелыгин Михаил Юрьевич, студент, Пензенский государственный университет.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов