Ć W I C Z E N I E Nr 54

SKALOWANIE ELEKTRODY SZKLANEJ

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

pH roztworu określa się mierząc siłę elektromotoryczną, E, ogniwa złożonego z

elektrody szklanej jako elektrody pomiarowej, której potencjał zależy od aktywności jonów
wodorowych,

, oraz elektrody kalomelowej nasyconej jako elektrody odniesienia, której

potencjał jest stały, niezależny od aktywności jonów wodorowych. Potencjał elektrody szklanej,
E

+

H

a

szkl

, określony jest wzorem:

pH

059

.

0

E

lna

F

RT

E

E

0

szkl

H

0

szkl

szkl

⋅

−

≡

+

=

+

0

szkl

E

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.
Właściwości szkła potasowego, z którego zbudowana jest elektroda szklana, zmieniają się w
roztworach silnie alkalicznych, co może spowodować zakłócenie liniowej zależności E=f(pH)

Drucik srebrny
pokryty AgCl



Roztwór buforowy
zawierający jony Cl

-

Membrana szklana

Elektroda szklana
W elektrodzie szklanej stężenie jonów Cl

-

w buforze

jest tak dobrane, aby potencjał elektrody był równy
zero, gdy jest ona zanurzona w buforze o pH = 7

Elektroda zespolona: 1 – membrana szklana,
2 – punkt przyłączenia elektrody odniesienia,
3 – elektroda wzorcowa (odniesienia), 4 – drucik
elektrody pomiarowej (szklanej), 5 – przestrzeń do
napełniania elektrody wzorcowej elektrolitem,
6 –obudowa metalowa

Do pomiarów pH często wykorzystuje się elektrodę zespoloną, czyli ogniwo pomiarowe
złożone z elektrody szklanej i kalomelowej. Siła elektromotoryczna takiego ogniwa jest równa
różnicy potencjałów obu elektrod kalomelowej i szklanej:

pH

059

,

0

A

pH

F

RT

3

,

2

E

E

E

E

E

0

szkl

kal

szkl

kal

⋅

+

≡

⋅

⋅

+

−

=

−

=

Zgodnie z powyższą zależnością, siła elektromotoryczna E elektrody zespolonej jest

liniową funkcją pH.

Mierniki stosowane do pomiarów, nazywane pehametrami, są wyskalowane bezpośrednio
w jednostkach pH. Ze względu na zmienność potencjału standardowego elektrody szklanej

, pehametry wymagają kalibrowania przy pomocy roztworów buforowych o stałym pH. Do

tego celu może być wykorzystany 0,05 M roztwór ftalanu potasu, pH=4,00 w 25

0

szkl

E

o

C.

Wykonanie ćwiczenia

1. Przygotować pehametr do pomiaru pH: nacisnąć czerwony przycisk sieć oraz przycisk

pH.

2. Wykalibrować przyrząd: (i) do naczyńka nalać około 50 ml buforu ftalanowego o pH =

4,00; (ii) włączyć mieszadło na kilka minut; (iii) po wyłączeniu mieszadła ustawić, przy
pomocy pokrętła kalibracji wskazówkę pehametru na pH = 4,00. Położenia tego
pokrętła nie wolno zmieniać w trakcie pomiarów.

3. Bufor zlać ponownie do butelki (może być używany wielokrotnie). Elektrody przepłukać

wodą destylowaną. Podczas napełniania oraz opróżniania naczyńka nie należy
wyjmować elektrod, ani odłączać ich od pehametru.

4. Do naczyńka wlać 25 ml buforu uniwersalnego o składzie: 0,04 mol/dm

3

kwasu

octowego, 0,04 mol/dm

3

kwasu fosforowego i 0,04 mol/dm

3

kwasu borowego. Zmierzyć

pH tego buforu.

5. Następnie do naczyńka z buforem dodawać porcjami z biurety, zgodnie z tabelą

zamieszczoną poniżej, roztwór NaOH o stężeniu 0,2 mol/dm

3

. Po dodaniu każdej porcji

zasady roztwór w naczyńku pomiarowym mieszać przez około 5 min, a następnie po
wyłączeniu mieszadła, zmierzyć pH.

Tabela 1. Wartości pH dla buforu uniwersalnego według Brittona i Robinsona

(25 ml buforu + V

NaOH

)

V

NaOH

(ml)

pH

teoretyczne

V

NaOH

(ml)

pH

teoretyczne

V

NaOH

(ml)

pH

teoretyczne

0,00
1,25
2,50
3,75
5,00
6,25
7,50

1,81
1,89
2,21
2,56
3,29
4,10
4,56

8,75

10,00
11,25
12,50
13,75
15,00
16,25

5,02
5,72
6,37
6,80
7,24
7,96
8,69

17,50
18,75
20,00
21,25
22,50
23,75
25,00

9,15
9,62

10,38
11,20
11,58
11,82
11,98

3. Wyniki pomiarów pH zapisać w tabeli:

pH buforu

pH zmierzone

4. Wylać roztwór z naczyńka, elektrody przemyć wodą destylowaną i pozostawić zanurzone

w wodzie destylowanej. Uporządkować stanowisko pracy.

Opracowanie wyników

1. Sporządzić wykres funkcji: pH

zmierzone

=f(pH

buforu

)

2. W oparciu o sporządzony wykres określić zakres, w którym potencjał używanej elektrody

szklanej jest liniową funkcją pH roztworu.