Grupa 23 Zespół 2	Ćwiczenie Potencjometria	Data wykonania ćwiczenia: 12.05.2010
		Ocena:

1. Wstęp teoretyczny:

Potencjometria jest metodą analityczną, w której reakcja elektrodowa przebiega przy zerowym prądzie Faradaya. Polega ona na pomiarze wartości SEM ogniwa złożonego z niespolaryzowanych elektrod. Siła elektromotoryczna ogniwa (SEM ogniwa) zmienia się wraz ze zmianą aktywności jonów. Zależność potencjału półogniwa od aktywności a elektrodowo-czynnych jonów wyraża wzór Nernsta:

$$E = E - \frac{R \bullet T}{z \bullet F}\ \bullet \ln\frac{a_{(\text{forma}\ \text{zredukowana})}}{a_{(\text{forma}\ \text{utleniona})}}$$

Dzięki tej metodzie możemy wyzna

Elektrody używane do potencjometrii dzielimy na:

• Porównawcze (najczęściej kalomelowa i chlorosrebrowa) – służą do tworzenia ogniw z innymi elektrodami o nieznanych potencjałach. Potencjał elektrod porównawczych musi być dobrze znany i stały. Elektrody winny charakteryzować się uniwersalnością zastosowań, prostotą obsługi i małym oporem elektrycznym.

• Wskaźnikowe - reagują zmianą potencjałów na obecność w badanym roztworze jonów, na które są czułe. W wykrywaniu jonów wodorowych najczęściej używana jest elektroda szklana.

Potencjometria jest jedyną metodą analityczną, która pozwala oznaczyć aktywność jonów wodorowych w roztworze. Przy tym roztwór nie ulega zniszczeniu i nie zmienia się jego skład. Pomiary pH należą do najczęściej wykonywanych analiz chemicznych. Do pomiaru pH wykorzystuje się obydwa rodzaje elektrod – porównawczą i wskaźnikową – zanurzone w roztworze badanym. Zależność pH od wartości SEM ogniwa:

pH  =   − loga_(H + )

E _(ogniwa) =  E^*  −  0, 0591pH

SEM ogniwa jest 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):

Ex  =  E^*  −  SpHx

Ewz  =  E *   −  SpHwz

$$\text{PH}x\ \ \text{pH}\text{wz}\ = \ \frac{Ex\ - \ E\text{wz}}{\ S}$$

Równanie to stanowi podstawę oznaczeń za pomocą pH-metrów. 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.

1. Cel ćwiczenia:

Wykonanie pomiaru pH za pomocą mikrokomputerowego pH-metru i elektrody szklanej kombinowanej.

1. Kalibracja przyrządu

• Umieszczenie kombinowanej elektrody szklanej w zlewce zawierającej roztwór buforowy o pH = 6,88. Odczekanie około 2 minut. Odczytanie temperatury roztworu oraz pH. Korekta pH wskazywanego przez pH-metr na oczekiwane. Odczytanie wartości SEM.

• Opłukanie elektrody przez zanurzenie w naczyńku z wodą destylowaną i umieszczenie w zlewce zawierającej roztwór buforowy o pH = 4,0. Odczekanie 1min, po tym czasie odczytanie wartości pH. Korekta pH wskazywanego przez pH na oczekiwane. Odczytanie wartości SEM.

• Po dokonaniu kalibracji przyrządu dwoma roztworami odczytanie wartości przesunięcia zera, pH i nachylenia charakterystyki elektrody.

• Opłukanie elektrody szklanej przez zanurzenie w naczyńku z wodą destylowaną i umieszczenie w zlewce zawierającej roztwór buforowy o pH = 11,6. Odczytanie wartości pH, a następnie SEM elektrody.

Wyznaczenie charakterystyki elektrody szklanej, SEM= f ( pH )

Wartość pH buforu [pH]	Odczyt pH (po kalibracji) [pH]	Odczytana wartość SEM [mV]
6,88	6,88	-53
4,00	4,00	121
11,6	10,77	-270

Przesunięcie zera: -0,94

Nachylenie charakterystyki elektrody: 96,7%

Temperatura: 23,9^oC

1. Miareczkowanie potencjometryczne :

Pobieramy mikropipetą 1ml 0,4 mol/l 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 0,3 ml NaOH. Po dodaniu porcji NaOH odczekujemy do ustalenia się SEM. Miareczkujemy aż do uzyskania dużego skoku wartości SEM.

Lp.	E [mV]	pH	V	E	V	E/V
0.	221	2,19	0	0	0	0
1.	220	2,2	0,3	1	0,3	3,3
2.	217	2,22	0,6	3	0,3	10
3.	216	2,25	0,9	1	0,3	0,3
4.	213	2,29	1,2	3	0,3	10
5.	212	2,32	1,5	1	0,3	0,3
6.	210	2,36	1,8	2	0,3	6,7
7.	208	2,39	2,1	2	0,3	6,7
8.	205	2,44	2,4	3	0,3	10
9.	202	2,49	2,7	2	0,3	6,7
10.	198	2,56	3,0	4	0,3	13,3
11.	190	2,69	3,3	8	0,3	26,7
12.	182	2,83	3,6	8	0,3	26,7
13.	170	3,05	3,9	12	0,3	40
14.	137	3,64	4,2	33	0,3	110
15.	-50	6,89	4,5	187	0,3	623,3
16.	-180	9,15	4,8	130	0,3	433,3

Zależność SEM od pH

Wyniki miareczkowania zostały umieszczone na wykresie:

Zależność objętości dodanej zasady do E/V przedstawia wykres

HCl + NaOH = NaCl + H₂O

n_HCl = n_NaOH

n_HCl = C_NaOH x V_NaOH = 0,1mol/l x 4,8x10^-3 = 4,8x10^-4

C_HCl = n_HCl/V_HCl = 5,4x10^-4/10^-3 = 0,48mol/l

1. Wnioski

Miareczkowanie potencjometryczne polega na mierzeniu SEM ogniwa pomiarowego po dodaniu kolejnych porcji NaOH (odczynnika miareczkującego). Zauważamy na początku miareczkowania niewielkie zmiany SEM, natomiast w pobliżu punktu końcowego miareczkowania następuje gwałtowny skok SEM wskutek spadku stężenia kwasów.

Wykres zależności SEM od pH jest linią prostą.