Cel ćwiczenia:

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

Wstęp teoretyczny:

Do wyznaczania pH mogą służyć półogniwa:

• wodore

• tlenkowe (antymonowe, irydowe)

• chinhydronowe

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

Siła elektromotoryczna SEM ogniwa pozwala oznaczyć pH roztworu. Zasada elektronicznego pomiaru wartości pH jest następująca. Zanurzenie elektrody pomiarowej do zakwaszonego roztworu wodnego powoduje powstanie siły elektromotorycznej (SEM) między tą elektrodą i roztworem, a wartość SEM jest bezpośrednią miarą koncentracji jonów wodoru.

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:

$$E_{\text{szkl}} = E_{\text{szkl}}^{0} + \frac{\text{RT}}{F}\ln a_{H^{+}} = E_{\text{szkl}}^{0} - 0,059 \bullet pH,$$

gdzie, 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.

Elektroda szklana- zbudowana z cienkiej bańki, wykonanej ze szkła o wysokiej zawartości potasu jest wypełniona roztworem buforowym zawierającym jony chlorkowe.

Stężenie jonów Cl^- w roztworze wewnątrz elektrody jest tak dobrane, aby potencjał elektrody zanurzonej w roztworze o pH=7 był równy zero.

Roztwory buforowe- są to roztworu słabego kwasu i jego soli z mocną zasadą, bądź słabej zasady i jej soli z mocnym kwasem. Są to roztwory o stałej wartości pH, która nie ulega zmianie w skutek rozcieńczenie roztworu, po dodaniu niewielkich ilości kwasu lub zasady.

Elektroda kalomelowa- wewnątrz elektrody znajduje się roztwór KCl, ponieważ jego stężenie wewnątrz elektrody jest stałe, potencjał tej elektrody jest stały dla danej elektrody. Elektrody kalomelowe są stosowane pomiarach pH jako elektrody odniesienia, których potencjał jest stały. Wartość potencjału elektrody zależy od stężenia KCl.