DETERMINAREA pH-ULUI CU ELECTRODUL DE STICLA

DETERMINAREA pH-ULUI CU ELECTRODUL DE STICLĂ

1. CONSIDERAŢII TEORETICE

Anumite sticle speciale, sub forma unor membrane fine care separa doua solutii, au proprietatea de a prezenta între cele doua fete ale sale o tensiune electrica (de membrana) a carei valoare depinde de diferenta de pH a celor doua solutii. Pe aceasta proprietate se bazeaza utilizarea electrozilor de sticla ca indicatori de pH. Fig. 21 reda sectiunea printr-un asemenea electrod.

Ag/AgCl HCl

El consta dintr-un balonas de sticla având proprietatea mai sus mentionata, ata& 636g63g #351;at unei tije de sticla obisnuita. În acest fel actiunea ionilor H⁺ este restrânsa doar la membrana din sticla speciala, ceea ce elimina toate variatiile cauzate de adâncimea de imersie, cu conditia ca balonasul sa fie complet introdus în solutie.

Fig.21. Electrod de sticla

În interiorul balonasului se afla solutie diluata de HCl si un electrod de referinta (intern) în contact cu aceasta solutie, de obicei un electrod de argint-clorura de argint sau un electrod de calomel. Spatiul interior al electrodului fiind închis ermetic, solutia de HCl va asigura o concentratie constanta de ioni de H⁺ si Cl^-. Ansamblul unui electrod de sticla poate fi reprezentat prin:

Ag / AgCl, HCl 0,1 M // Solutia de studiat

1 2 3

Electrod de referinta intern Membrana

Tensiunea electrica de membrana (considerând neglijabila aparitia unei tensiuni electrice datorita difuziunii prin membrana) va avea în conformitate cu relatia (1)

  (1)

expresia:

(2)

din care:

ε_M - tensiunea electrica de membrana;

R  - constanta universala a gazelor = 8,314 J·K^-1·mol^-1;

F  - constanta lui Faraday = 96500 C/mol;

T  - temperatura absoluta, în K;

- activitatea medie a cationilor H⁺ din solutia de studiat;

- activitatea medie a cationilor H⁺ din solutia HCl 0,1 M.

Înlocuind si tensiunea electrica pentru electrodul de Ag/AgCl si tinând cont ca este constant, tensiunea relativa a electrodului de sticla (potential de electrod) va avea expresia:

, unde se refera la solutia de cercetat.

Pentru 25°C, vom avea relatia:

(3)

relatie ce permite calcularea pH-ului solutiei de cercetat în urma determinarii experimentale a lui ε (prin asociere cu un electrod de referinta extern). Valoarea lui ε⁰ depinde de natura membranei de sticla si a electrodului de referinta intern folosit. Daca electrodul de sticla se introduce într-o solutie identica cu cea aflata în interiorul sau, iar electrodul de referinta extern este identic cu electrodul de referinta intern, ar trebui ca tensiunea electrica masurata sa aiba valoarea zero. De obicei însa, ea prezinta o valoare diferita de zero numita potential de "asimetrie", a carui valoare depinde de natura membranei de sticla, de pregatirea electrodului, fiind în general direct proportionala cu grosimea membranei de sticla. Cauza aparitiei acestui potential de asimetrie se atribuie în general tensiunilor mecanice diferite la care este supusa fata interna si externa a membranei de sticla. Din cauza acestui potential de asimetrie si a faptului ca panta nu corespunde valorii teoretice, fiecare electrod de sticla trebuie în prealabil etalonat fata de o serie de solutii etalon de pH. Etalonarea consta în trasarea unui grafic reprezentând potentialul electrodului (sau tensiunea electrica de element fata de un electrod de referinta) în functie de pH. pH-ul unei solutii necunoscute se determina apoi din grafic, dupa ce în prealabil s-a determinat potentialul de electrod, respectiv tensiunea electrica de element. Data fiind rezistenta extrem de ridicata a membrenei de sticla (de zeci sau sute de MΩ) determinarea tensiunii electrice de element necesita folosirea unui voltmetru electronic.

Electrodul de sticla poate da indicatii eronate în solutii ce contin proteine sau alte substante coloidale care au tendinta de a adera la membrana de sticla. De asemenea nu poate fi folosit în solutii de HF. Pentru determinarea pH-ului la temperaturi mai ridicate este nevoie de sticle mai speciale. În solutii neapoase, indicatiile pot fi eronate din cauza unei dehidratari partiale.

În pofida acestor limitari, electrodul de sticla a înlocuit practic toate celelalte tipuri de electrozi indicator de pH. El este adaptabil unei înregistrari si control automat. Echilibrul sau se stabileste imediat, ceea ce permite realizarea unor masuratori rapide.

2. APARATURĂ sI REACTIVI

electrod de sticla;

milivoltmetru electronic;

pahare Berzelius;

solutii tampon de pH cunoscut;

apa distilata;

solutie tampon de pH necunoscut.

3. MODUL DE LUCRU

Practic pentru determinarea pH-ului cu electrodul de sticla, se va proceda în felul urmator:

În prealabil electrodul de sticla se etaloneaza.

El se introduce pe rând în 4-5 solutii tampon de pH cunoscut (spalând intermediar) si asociindu-l cu un electrod de referinta (de calomel) se determina tensiunea electrica de element, U (respectiv potentialul de electrod) folosind un milivoltmetru electronic.

4. PRELUCRAREA DATELOR EXPERIMENTALE

Masuratorile experimentale se trec în tabelul urmator:

Cu datele din tabel se construieste graficul de etalonare ε (sau U) = f(pH) cu ajutorul caruia se determina pH-ul solutiei necunoscute, dupa determinarea prealabila a lui U (respectiv ε).

OBSERVAŢII: În domeniul dependentei liniare a potentialului electrodului de sticla în functie de pH (relatia 3) este posibila calibrarea milivoltmetrului folosit si pentru citirea directa a unitatilor pe aceeasi scala ca si tensiunea. Modul practic de realizare a acestei calibrari însoteste instructiunile de folosire ale fiecarui milivoltmetru.

Raspundeti la urmatoarele întrebari:

1. Pe ce proprietate se bazeaza utilizarea electrozilor de sticla ca indicatori de pH ?

2. Din ce consta un electrod de sticla?

3. Cum poate fi reprezentat ansamblul unui electrod de sticla?

4. La 25°C, care este relatia care permite calcularea pH-ului solutiei de cercetat în urma determinarii experimentale a lui ε (prin asociere cu un electrod de referinta extern) ?

5. De cine depinde valoarea lui ε⁰ ?

6. Care este cauza aparitiei potentialului de asimetrie?

7. De ce este necesara folosirea unui voltmetru electronic pentru determinarea tensiunii electrice de element ?

8. În ce conditii poate da indicatii eronate un electrod de sticla ?

9. La ce este adaptabil electrodul de sticla si cum se stabileste echilibrul sau ?