Katarzyna Podgórska

Wydział Biotechnologii i Nauk o Żywności

Kierunek: Technologia Żywności i Żywienia Człowieka

Grupa 4 Czwartek 8-12

17

LABORATORIUM Z CHEMII FIZYCZNEJ

ĆWICZENIE NR 54

TEMAT: Skalowanie elektrody szklanej

Data wykonania: 13.06.2013r.

Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest wyznaczenie zakresu aktywności jonów wodorowych w roztworze (zakresu pH roztworu), dla którego potencjał elektrody szklanej zmienia się prostoliniowo.

Wstęp teoretyczny

Potencjometria - zespół pomiarowych metod elektrochemicznych, polegających na wyznaczaniu wartości potencjału elektrody wskaźnikowej (roboczej) względem elektrody porównawczej (odniesienia) w funkcji logarytmu stężenia jonów elektroaktywnych. Pomiary są wykonywane w warunkach bezprądowych (w stanie równowagi), dzięki czemu może być stosowane równanie Nernsta:

gdzie:

• E - potencjał elektrody, V

• R - stała gazowa równa 8,314 J·K^-1 mol^-1

• T - temperatura wyrażona w kelwinach

• z - liczba elektronów wymienianych w reakcji połówkowej

• F - stała Faradaya równa 96485 C·mol^-1

• a - aktywność molowa indywiduów chemicznych biorących udział w reakcji elektrodowej w formie utlenionej i zredukowanej.

Do wyznaczania pH mogą służyć półogniwa:

-wodorowe

-tlenkowe (antymonowe,irydowe)

W praktyce najczęściej stosowana jest elektroda szklana należąca do grupy półogniw specjalnych (membranowych)

Elektroda pomiarowa składa się z rurki szklanej, zwanej elektrodą szklaną (jej potencjał jest funkcją liniową pH), i z zawartego w niej roztworu standardowego. Do prawidłowego pomiaru SEM potrzebny jest jeszcze potencjał odniesienia. Do tego służy następna zanurzona elektroda. Ze względu na materiał, jakiego się używa na tę elektrodę, jest ona nazywana elektrodą kalomelową (elektroda o stałym, niezależnym od pH potencjale). Elektrody szklana i kalomelowa, tzn. elektrody pomiarowa i odniesienia, tworzą wspólnie łańcuch pomiarowy do wzmacniacza pomiarowego pH.

Potencjał elektrody szklanej E_szkl określany jest wzorem:

E⁰_szkl jest potencjałem standardowym elektrody szklanej, który zależy od jej budowy, a przede wszystkim szkła, z którego zbudowano elektrodę i dlatego może zmieniać się w czasie.

Mierniki stosowane do pomiarów, nazywane pehametrami, są wyskalowane bezpośrednio w jednostkach pH. Ze względu na zmienność potencjału standardowego elektrody szklanej E⁰_szkl, pehametry wymagają kalibrowania przy pomocy roztworów buforowych o stałym pH.

Tabela pomiarowa

V NaOH [ml]	pH buforu	pH zmierzone
0	1,81	1,80
2	1,89	2,02
4	2,21	2,29
6	2,56	2,78
8	3,29	3,69
10	4,10	4,33
12	4,56	4,71
14	5,02	5,08
16	5,72	5,53
18	6,37	6,26
20	6,80	6,85
22	7,24	7,35
24	7,96	7,99
26	8,69	8,89
28	9,15	9,43
30	9,62	9,87
32	10,38	10,41
34	11,20	11,34
36	11,58	11,91
38	11,82	12,29
40	11,98	12,41

Opracowanie wyników

Wykres funkcji pH_zmierzone od f(pH_buforu)

Wnioski

Z analizy wykresu wynika, że zakres aktywności jonów wodorowych w roztworze (zakresu pH roztworu), dla którego potencjał używanej elektrody szklanej zmienia się prostoliniowo, zawiera się w przedziale pH od 7 do 10. Zarówno poniżej jak i powyżej tych wartości roztwór jest na tyle alkaliczny lub kwaśny, że istnieje możliwość zmiany właściwości szkła co powoduje drobne zakłócenia liniowej zależność potencjału od pH buforu. W przypadku mojego doświadczenia zakłócenia powstają co 4 pomiar powyżej i poniżej podanych wcześniej wartości pH. Świadczy to o tym, iż elektroda szklana nie powinna być stosowana zarówno dla roztworów mocno kwasowych jak i silnie zasadowych.

---