Gr.21 Zespół 1	Ćw. nr 6 Potencjometria	15.05.2009
Gabzdyl Dorota Kurleto Kamil Pietrucha Paweł Szczepański Marek			Ocena:

1. Wstęp teoretyczny

Potencjometria jest jedyną metodą analityczną, która w sposób prosty, a jednocześnie bardzo dokładny, pozwala oznaczyć aktywność jonów wodorowych w roztworze. Przy tym roztwór nie ulega zniszczeniu i nie zmienia się jego skład, a ma to podstawowe znaczenie np. w badaniach płynów ustrojowych i badaniach biochemicznych. Stężenie jonów wodorowych ma zasadnicze znaczenie dla przebiegu wielu reakcji chemicznych i procesów biochemicznych. Dlatego pomiary pH należą do najczęściej wykonywanych analiz chemicznych. Metoda potencjometryczna oznaczania pH polega na pomiarze siły elektromotorycznej ogniwa złożonego z elektrody wskaźnikowej i porównawczej zanurzonych w roztworze badanym. Opracowano wiele elektrod wskaźnikowych czułych na jony wodorowe, jednak w analizach rutynowych podstawowe znaczenie ma elektroda szklana, a z elektrod porównawczych NasEK. Zależność SEM ogniwa pomiarowego od aktywności jonów wodorowych można wyrazić wzorem:

RT

E_(ogniwa) = E* + __ ln a_(H+)

F

lub

E_(ogniwa) = E* + 0,0591 log a_(H+)

(0,0591V = S)

E* jest stałą obejmującą standardowy potencjał elektrody szklanej, potencjał elektrody odniesienia, a także potencjały dyfuzyjne. Wiemy, że pH to:

PH = - log a_(H+)

Stąd

E_(ogniwa) = E* - 0,0591pH

SEM ogniwa jest zatem funkcją pH. Jednak ze wzoru tego nie można w sposób bezpośredni wyliczyć pH, gdyż wartość E* jest zmienna ze względu na zmianę w czasie potencjału standardowego elektrody szklanej. Dlatego też pomiary pH są pomiarami porównawczymi. Porównujemy SEM ogniwa roztworu badanego z SEM ogniwa roztworu wzorcowego (buforu). Wówczas:

E_x = E* - S_pHx

E_wz = E* - S_pHwz

E_x - E_wz

PH_x - pH_wz = ____

S

Równanie to stanowi podstawę oznaczeń za pomocą pH-metrów, czyli przyrządów zaopatrzonych w skalę pH. Pomiar sprowadza się do wyskalowania przyrządu za pomocą dwóch roztworów buforowych o znanym pH, a następnie na pomiarze pH roztworów badanych. Zależność SEM ogniwa od pH jest linią prostą, a zatem kalibracja ma na celu ustalenie nachylenia tej krzywej.

Pomiary potencjometryczne pH są najdokładniejsze spośród metod stosowanych do tego celu. PH-metry wysokiej klasy pozwalają na pomiar pH z dokładnością do 0,001 części jednostki.

Aby osiągnąć takie dokładne rezultaty, należy:

1) Stosować do kalibracji pH-metru bufory dobrze przygotowane, o dokładnie zdefiniowanym pH. Do kalibracji należy użyć buforów nieznacznie różniących się wartością pH od roztworu badanego.

2) Uwzględniać przy kalibracji pH-metru temperaturę pomiaru.

3) Wartość pH mierzona potencjometrycznie odpowiada w rzeczywistości aktywności jonów wodorowych, a nie ich stężeniu. Dlatego, aby uzyskać dobrze zdefiniowane wyniki, należy znać siłę jonową roztworu i wówczas od zależności związanej z aktywnością jonów wodorowych można przejść do zależności stężeniowych.

♦Charakterystyka pehametru CP-315

Przyrząd CP-315 posiada następujące cechy:

• służy do pomiaru pH, napięcia i temperatury

• zawiera mikroprocesor, co zasadniczo zwiększa jego możliwości

• jest zasilany z baterii lub zasilacza sieciowego

• dane kalibracyjne elektrody są przechowywane również po wyłączeniu zasilania

• posiada układ automatycznej i ręcznej kompensacji temperatury przy pomiarze pH

• posiada wyjście na komputer typu IBM PC

Dane techniczne:

Zakresy: pH -2÷16 pH

mV: -1999÷1999mV

temp.: -50÷199,9°C

Rozdzielczość:

pH: ±0,01 pH

mV: 1mV

°C: 0,1°C

Dokładność:

pH: ±0,01 pH ±1 cyfra

mV: ±1mV±1 cyfra

temp.: ±0,3°C± 1 cyfra

Impedancja wejściowa: 10¹²W

Regulacja nachylenia charakterystyki: 85÷105%

Temperatura pracy: 0 do 45°C

Zasilanie: 1 bateria 9V lub zasilacz stabilizowany 9V

2. Cel ćwiczenia

Wykonanie pomiaru pH za pomocą mikrokomputerowego pehametru CP-315

3. Wykonanie ćwiczenia

1. Kombinowane elektrody szklane umieszczono w naczyńkach zawierających roztwory buforowe o pH = 6,88. Odczytano temperaturę roztworów, pH i SEM elektrod.

2. Elektrody opłukano przez zanurzenie w naczyńku z wodą destylowaną i umieszczono w naczyńkach zawierających roztwór buforowy o pH = 4,0. Odczekano 1 minutę, po tym czasie odczytano wartość pH i SEM elektrody (jedna z elektrod wskazywała pH zgodne z badanym roztworem buforowym natomiast drugą należało skalibrować).

3. Po dokonaniu kalibracji przyrządu dwoma roztworami odczytano wartość przesunięcia zera, pH i nachylenie charakterystyki elektrody.

4. Elektrody szklane opłukano przez zanurzenie w naczyńku z wodą destylowaną i umieszczono w naczyńku zawierającym roztwór buforowy o pH = 11,6. Odczytano wartość pH, a następnie SEM elektrody.

Wyznaczenie charakterystyki elektrody szklanej (1), SEM= f ( pH )

pH = 6,88 SEM = -2 mV pH=6,87 przesunięcie zera = -0,17

pH = 4,00 SEM = 161mV pH=4,00 nachylenie charakterystyki elektrody = 98,0%

pH = 11,64 SEM = -264 mV pH=11,22 T=20,2 C

Miareczkowanie potencjometryczne :

Pobieramy mikropipetą 1 ml 1 molowego HCl do zlewki o poj. 150 ml. Następnie zlewkę ustawiamy na mieszadle magnetycznym i po umieszczeniu elektrody i czujnika temperatury dolewamy wody destylowanej do częściowego zakrycia elektrody.

Do pipety „minilab” pobieramy 5 ml 0,1 mol / l roztworu NaOH. Następnie miareczkujemy roztwór kwasu dodając do zlewki po 0,5 ml NaOH. Po dodaniu porcji NaOH odczekujemy do ustalenia się SEM W chwili zbliżania się do PK miareczkowania dozujemy po 0,1 ml roztworu NaOH.

Tabela nr 1

Pomiar	pH	E [mV]	V	E	V	E/ V
0	2,19	265	0	0	0	0
1	2,19	265	0,5	0	0,5	0
2	2,2	265	1	1	0,5	2
3	2,21	264	1,5	1	0,5	2
4	2,23	263	2	1	0,5	2
5	2,26	262	2,5	2	0,5	4
6	2,28	260	3	1	0,5	2
7	2,3	259	3,5	2	0,5	4
8	2,32	257	4	1	0,5	2
9	2,36	256	4,5	2	0,5	4
10	2,39	254	5	2	0,5	4
11	2,42	252	5,5	3	0,5	6
12	2,47	249	6	2	0,5	4
13	2,52	247	6,5	4	0,5	8
14	2,58	243	7	4	0,5	8
15	2,64	239	7,5	4	0,5	8
16	2,73	235	8	6	0,5	12
17	2,83	229	8,5	8	0,5	16
18	2,95	221	9	15	0,5	30
19	3,21	206	9,5	40	0,5	80
20	3,93	166	10	41	0,5	82
21	4,65	125	10,5	98	0,5	196
23	6,35	27	10,6	131	0,1	1310
24	8,66	-104	10,7	73	0,1	730
25	9,92	-177	10,8	22	0,1	220
26	10,3	-199	10,9	13	0,1	130
27	10,54	-212	11	10	0,1	100
28	10,71	-222	11,1	7	0,1	70
29	10,82	-229	11,2	5	0,1	50
30	10,92	-234	11,3	4	0,1	40
31	10,99	-238	11,4	4	0,1	40
32	11,06	-242	11,5	2	0,1	20
33	11,1	-244	11,6	3	0,1	30
34	11,14	-247	11,7	2	0,1	20
35	11,17	-249	11,8	1	0,1	10
36	11,2	-250	11,9	2	0,1	20
37	11,23	-252	12	2	0,1	20
38	11,26	-254	12,1	1	0,1	10
39	11,28	-255	12,2	1	0,1	10
40	11,31	-256	12,3	1	0,1	10

Wykres nr 1

Wykres nr 2

Wyznaczenie charakterystyki elektrody szklanej (2), SEM= f ( pH ), elektroda ta wymagała skalibrowania.

pH = 6,88 SEM = -6 mV pH=7,12 przesunięcie zera = -0,23

pH = 4,00 SEM = 162mV pH=3,88 nachylenie charakterystyki elektrody = 100,4%

pH = 11,64 SEM = -264 mV pH=11,12 T=20,5 C

Tabela nr 2

Pomiar	pH	E [mV]	V	E	V	E/ V
0	1,95	282	0	-1	0	0
1	1,94	283	0,5	0	0,5	0
2	1,94	283	1	1	0,5	2
3	1,96	282	1,5	1	0,5	2
4	1,97	281	2	1	0,5	2
5	1,99	280	2,5	1	0,5	2
6	2,01	279	3	1	0,5	2
7	2,03	278	3,5	1	0,5	2
8	2,04	277	4	2	0,5	4
9	2,06	275	4,5	1	0,5	2
10	2,08	274	5	1	0,5	2
11	2,11	273	5,5	2	0,5	4
12	2,15	271	6	2	0,5	4
13	2,18	269	6,5	2	0,5	4
14	2,22	267	7	2	0,5	4
15	2,25	265	7,5	3	0,5	6
16	2,3	262	8	3	0,5	6
17	2,34	259	8,5	2	0,5	4
18	2,39	257	9	4	0,5	8
19	2,46	253	9,5	4	0,5	8
20	2,53	249	10	6	0,5	12
21	2,62	243	10,5	7	0,5	14
23	2,75	236	11	10	0,5	20
24	2,92	226	11,5	19	0,5	38
25	3,23	207	12	6	0,5	12
26	3,35	201	12,1	9	0,1	90
27	3,5	192	12,2	12	0,1	120
28	3,71	180	12,3	26	0,1	260
29	4,15	154	12,4	86	0,1	860
30	5,62	68	12,5	70	0,1	700
31	6,81	-2	12,6	134	0,1	1340
32	9,1	-136	12,7	37	0,1	370
33	9,73	-173	12,8	17	0,1	170
34	10,04	-190	12,9	12	0,1	120
35	10,23	-202	13	9	0,1	90
36	10,38	-211	13,1	7	0,1	70
37	10,5	-218	13,2	5	0,1	50
38	10,6	-223	13,3	5	0,1	50
39	10,66	-228	13,4	3	0,1	30
40	10,72	-231	13,5	3	0,1	30

Wykres nr 3

Wykres nr 4

Wykres nr 5

Obliczenie stężenia kwasu solnego:

III. Wnioski:

Zależność SEM ogniwa od pH daje wykres kalibracyjny pH- metru. Widać że jest to linia prosta a kalibracja ma na celu ustalenie nachylenia prostej. Sporządziłyśmy również krzywe miareczkowania potencjometrycznego, na których można zaobserwować wyraźny skok występujący wówczas, gdy liczba moli kwasu równa się liczbie moli zasady. Wyznaczyliśmy także punkty końcowe miareczkowania posługując się dwoma metodami: stycznych i pierwszej pochodnej.

---