Z dzisiejszego kollokwium na temat potencjometrii:

- narysować schemat i opisać zasadę działania elektrody szklanej

- co to jest selektywność i czułość elektrody, czego są miarą (nie

pamiętam jak dokładnie było to sformułowane) i od czego zależą

- jak wyznacza się punkt końcowy miareczkowania konduktometrycznego

metodą klasyczną

- zadanie obliczeniowe: dana była temperatura, SEM ogniwa zbudowanego z

dwóch elektrod, dany był potencjał elektrody wzorcowej i należało obliczyć

stężenie i wykładnik stężenia jonów wodorowych w badanym roztworze

- uzasadnić teorię wpływu jonu Na+ na badanie pH, czyli tzw. błąd

alkaliczny

- na czym polega metoda pomiaru pH, jakie warunki muszą panować

- elektrody porównawcze i czym się muszą charakteryzować

- obliczyć SEM ogniwa stężeniowego, dane były stężenia składników i

Temperatura

Zakres materiału do ćwiczeń

Potencjometria (ćw. nr. 6 )

Potencjał normalny elektrody. Wzór Nernsta. Siła elektromotoryczna ogniwa.

Pomiar SEM, metoda kompensacyjna Poggendorffa.

Ogniwo Westona. Potencjał utleniająco-redukujący. Ogniwa stężeniowe. Wykładnik wodorowy pH.

Elektrody – podział: I, II, III rodzaju; utleniająco-redukujące, wskaźnikowe i porównawcze. Elektroda wodorowa, tlenowa, chlorosrebrowa, kalomelowa, chinhydronowa - charakterystyki, budowa i zasada działania.

Obliczanie potencjałów elektrod, SEM, pH i stężenia jonów. Jonoselektywne elektrody membranowe, podział i przykłady. Teoria działania elektrody szklanej, błąd kwasowy i sodowy. Charakterystyka el. szklanej. Równanie Nikolskiego.

Analityczne zastosowanie potencjometrii. Potencjometria bezpośrednia i miareczkowanie potencjometryczne. Miareczkowanie potencjometryczne redoks. Metody wyznaczania punktu końcowego w miareczkowaniu potencjometrycznym.

Zagadnienia ogólne do metod analitycznych.

Literatura

W.Szczepaniak – Metody instrumentalne w analizie chemicznej. PWN 1996 i następne . str. 177 - 202

A.Cygański – Metody elektroanalityczne. WNT 1991 i następne . str. 91 - 202

T.Morawski - Ćwiczenia rachunkowe z analizy instrumentalnej. Wyd. PK. str. 141 - 178

E.Szyszko – Instrumentalne metody analityczne. PZWL

.

POTENCJOMETRIA

Instrukcja do wykonania ćwiczenia

1. Wyznaczenie charakterystyki elektrody szklanej, E = f(pH)

Kalibracja pehametru i wykonanie charakterystyki elektrody szklanej

Dobra elektroda szklana wykazuje liniową charakterystykę w zakresie pH od 0 do 13. W odróżnieniu jednak od elektrod porównawczych, elektroda szklana nie wykazuje odtwarzalnego potencjału standardowego. W związku z tym użycie elektrody szklanej wymaga każdorazowo sprawdzenia jej potencjału za pomocą roztworu buforowego. Przy dokładniejszych pomiarach należy również sprawdzać nachylenie charakterystyki za pomocą drugiego roztworu buforowego. Użycie dwóch roztworów buforowych jednoznacznie wyznacza przebieg charakterystyki elektrody, gdyż przez dwa punkty przechodzi tylko jedna prosta.

Na ogół nachylenie charakterystyki jest bliskie teoretycznemu, to jest 58 mV/pH w temperaturze 200C. Nachylenie mniejsze niż 50 mV/pH dyskwalifikuje elektrodę. Sprawdzenie liniowości charakterystyki wykonuje się przy zastosowaniu dalszych roztworów buforowych. Kalibracja pehametru polega na wyznaczeniu dwóch punktów charakterystyki danej elektrody.

Sposób postępowania:

Uwaga: elektroda szklana jest bardzo delikatna. Proszę obchodzić się z nią z maksymalną ostrożnością.

Kombinowaną elektrodę szklaną umieścić w naczyńku zawierającym roztwór buforowy o pH = 7,00. Sprawdzić, czy temperatura roztworu wynosi 200C. Wcisnąć przycisk "pH". Odczekać 2 minuty, po czym odczytać wartość pH z wyświetlacza. Jeżeli ta wartość różni się więcej niż ±0,01 pH od wartości oczekiwanej , to należy równocześnie przytrzymać wciśnięte przyciski "-" i "+" BUFFER aż indeks pH na wyświetlaczu zacznie migać. Wtedy przyciskiem "-" lub "+" BUFFER należy skorygować wskazanie do wartości oczekiwanej. Przyciskiem "pH" wrócić do normalnego trybu pracy. Odczytać SEM elektrody w mV przez naciśnięcie przycisku "mV".

Elektrodę szklaną opłukać przez zanurzenie w naczyńku z wodą destylowaną a następnie w naczyńku z buforem o pH = 4. Po przepłukaniu umieścić elektrodę kombinowaną w naczyńku zawierającym roztwór buforowy o pH = 4 i odczekać 1 minutę. Jeśli wyświetlacz nie pokazuje wartości 4,00 to należy jednocześnie przytrzymać wciśnięte przyciski "-" i "+" SLOPE (tj. nachylenie) aż pojawi się migający indeks "%" na wyświetlaczu. Wtedy przyciskiem "-" lub "+" SLOPE należy skorygować wartość nachylenia charakterystyki wyrażonej w procentach tak, aby wskazanie pH zbliżone było do wartości oczekiwanej z dokładnością do ±0,01 pH. Przyciskiem "pH" wrócić do normalnego trybu pracy. Odczytać SEM elektrody w Mv.

Po dokonaniu kalibracji przyrządu dwoma roztworami buforowymi odczytać wartość przesunięcia zera BUFFER przez przyciśnięcie przycisku "pH", następnie przytrzymanie przycisków "-" i "+" BUFFER, aż symbol "pH" na wyświetlaczu zacznie migać, odczytać przesunięcie zera. Następnie wrócić do pomiaru pH naciskając przycisk "pH", nacisnąć równocześnie dwa przyciski "-" i "+" SLOPE (na wyświetlaczu pojawi się migający symbol %), odczytać nachylenie charakterystyki elektrody; wartość ta mieści się pomiedzy 85 a 105%.

Elektrodę szklaną opłukać.

Sprawozdanie.

W sprawozdaniu zebrać dane pomiarowe w tabeli po czym narysować krzywą kalibracyjną w układzie: SEM [mV] = f (pH). Do sporządzenia krzywej wykorzystać dane z dwóch pierwszych pomiarów. Trzeci punkt pomiarowy tylko nanieść na wykres.

Obliczyć wartość zmiany SEM w Mv na 1jednostkę pH i podać czy elektroda jest sprawna czy nie.

2. Miareczkowanie potencjometryczne z użyciem elektrody szklanej – alkacymetria

Sposób postępowania:

1. Pobrać mikropipetą 1 ml kwasu (kwas solny lub kwas octowy) do zlewki o pojemności 100 - 150 ml (możliwe jest też otrzymanie zlewki z próbką kwasu przygotowaną jako zadanie). Wlać do zlewki wodę destylowaną do około połowy jej objętości. Następnie zlewkę ustawić na mieszadle magnetycznym i wrzucić do niej propelerek mieszadła magnetycznego. Umieścić w zlewce elektrodę i czujnik temperatury, po czym dodać taką ilość wody destylowanej, aby elektroda i czujnik były w wystarczający sposób zanurzone w roztworze.

Elektroda powinna być umieszczona na odpowiedniej wysokości, aby w trakcie mieszania nie nastąpiło jej rozbicie przez wirujący propelerek mieszadła magnetycznego.

Włączyć mieszadło magnetyczne i ustawić odpowiednią prędkość obrotów propelerka.

2. Włączyć pehametr naciskając przycisk "ON/OFF". Ustawić zakres pomiarowy na pomiar SEM przez naciśnięcie przycisku "mV".

3. Do pipety "MINILAB" (rodzaj dyspensera) pobrać roztwór NaOH o stężeniu 0,1000 mol/l. Następnie miareczkować roztwór kwasu dodając do zlewki po 0,5 ml roztworu NaOH. Po dodaniu każdej porcji roztworu NaOH należy odczekać chwilę do ustalenia się SEM i zanotować wynik pomiaru. Miareczkowanie należy kontynuować do uzyskania całej krzywej miareczkowania.

4. Po zakończeniu miareczkowania elektrodę i czujnik temperatury przemyć, przez zanurzenie w zlewce z wodą destylowaną.

5. Powtórzyć miareczkowanie, przy czym w zakresach małych zmian SEM należy miareczkować porcjami roztworu NaOH po 0,5 ml, zaś w obszarze skoku miareczkowania (w zakresie dużych zmian SEM), małymi porcjami po 0,1 ml (lub po 0,2 ml).

6. Po zakończeniu miareczkowania elektrodę i czujnik temperatury przemyć dokładnie wodą destylowaną. Zanurzyć w zlewce z wodą destylowaną.

Sprawozdanie.

Zebrać wyniki z obu serii pomiarów w tabeli. Na podstawie danych z dokładnego, drugiego miareczkowania sporządzić wykres krzywej miareczkowania w układzie SEM[mV] = f (v[ml]). Wyznaczyć punkt końcowy tego miareczkowania metodą graficzną.

Dokładniej można wyznaczyć punkt końcowy tego miareczkowania stosując metodę pierwszej pochodnej (patrz: W.Szczepaniak – Metody analizy…str.204).

Po wyznaczeniu PK miareczkowania obliczyć stężenie (lub masę) analizowanego kwasu.