Sprawozdanie z przeprowadzonego doświadczenia:

Pomiar stężenia fizjologicznie aktywnych jonów za pomocą elektrod jonoselektywnych.

Artur Caban I rok NBiC

1. Podstawowe pojęcia.

• Pojęcie pH

Pojęcia pH używa się mówiąc o odczynie roztworu. Gdy zmierzona wartość pH wynosi od 0 do 7, mamy do czynienia z roztworem o odczynie kwaśnym. Gdy pH = 7, wtedy roztwór ma odczyn obojętny. Wartość pH w mieszcząca się w przedziale od 7 do 14 wskazuje na roztwór zasadowy.

pH można wyliczyć ze wzoru:

pH = - log [H⁺]

Zgodnie z przedstawionym wzorem pH to ujemny logarytm dziesiętny ze stężenia molowego jonów wodorowych znajdujących się w roztworze.

• Roztwór buforowy

Roztwór buforowy to taki, który ma zdolność do zachowywania względnie stałego pH pomimo dodawania niewielkich ilości mocnych kwasów i zasad lub rozcieńczania go wodą. Najczęściej są to roztwory zawierające słabo dysocjujące kwasy lub zasady i bardzo dobrze dysocjujące sole tych kwasów (zasad).

• Stężenie molowe

Stężenie molowe oznaczamy jako Cm i liczymy ze wzoru:

Gdzie:

n – liczba moli danej substancji [mol]

V – objętość roztworu [dm³]

Jednostką stężenia molowego jest mol / dm³

• Elektroda jonoselektywna

Jest to elektroda, której potencjał względem elektrody odniesienia, zmienia się pod wpływem zmian aktywności jonów w badanym roztworze. Najpowszechniej używaną elektrodą jonoselektywną jest elektroda pH - metryczna czuła na jony H⁺ znajdujące się w roztworze.

Matematycznie elektrodę jonoselektywna można opisać wzorem Nersta:

Gdzie:

Vo – wartość potencjału w warunkach standardowych

R – stała gazowa

T – temperatura [K]

z – wartościowość

F – stała Faraday’a

[C] – stężenie jonu C

ln – logarytm naturalny

Jednostką jest miliwolt [mV]

2. Wykonanie doświadczenia

• Potrzebny sprzęt i odczynniki

- elektroda pH – metryczna

- elektroda K⁺ - selektywna

- elektroda Cl^- - selektywna

- elektroda kalomelowa

-pH – metr

- zlewki, cylinder miarowy

- 1 – molowy roztwór KCl

- roztwór buforowy

- woda destylowana, lignina

-sok jabłkowy

- woda wodociągowa

- woda z akwarium

• Przygotowanie roztworów

Metodą kolejnych rozcieńczeń przygotowano roztwory o stężeniach: 0,1 mol/dm³, 0,01 mol/dm³, 0,001 mol/dm³, 0,0001 mol/dm³ z roztworu wyjściowego chlorku potasu (KCl) o stężeniu 1 mol/dm³.

• Kondycjonowanie elektrod K⁺ i Cl^- - selektywnych

W celu kondycjonowania elektrod (aby były czułe dla odpowiednich jonów) umieszczono w/w elektrody w środowisku zawierającym jony, dla których są czułe. Użyto do tego 0,1 – molowego roztworu KCl. Elektrody umieszczono w roztworze na 15 minut.

• Pomiar pH

Pomiaru pH dokonano według zaleceń podanych w materiałach zawierających instrukcje wykonania doświadczenia.

Wyniki pomiarów (dokładne, pominięto wyniki zgubne):

- sok jabłkowy – 3,64

- woda wodociągowa – 7,4

- woda z akwarium – 7,79

• Cechowanie elektrod Cl^- i K⁺ - selektywnych i pomiar pCl i pK wybranych roztworów.

Wykonano zgodnie z zamieszczonymi wytycznymi z instrukcji do wykonania tego doświadczenia.

3. Wyniki doświadczenia i wnioski

• Tabele pomiarów napięcia wybranych roztworów za pomocą elektrod jonoselektywnych.

Pomiar napięcia za pomocą elektrody K^+ - selektywnej

Roztwór

0,1 – molowy KCl

0,01 – molowy KCl

0,001 – molowy KCl

0,0001 – molowy KCl

Sok jabłkowy

Woda wodociągowa

Woda z akwarium

Pomiar napięcia za pomocą elektrody Cl^- - selektywnej

Roztwór

0,1 – molowy KCl

0,01 – molowy KCl

0,001 – molowy KCl

0,0001 – molowy KCl

Sok jabłkowy

Woda wodociągowa

Woda z akwarium

• Wykresy kalibracyjne dla elektrod jonoselektywnych

- Dla elektrody Cl^- - selektywnej

- Dla roztworów 10 – krotnie rozcieńczonych, począwszy od roztworu 0,1 – molowego, dla elektrody Cl^- - selektywnej, zależność V(pCl ) jest funkcją rosnącą.

Czułość elektrody:

Przedział stężeń	Wzrost o … mV
0,1 – 0,01	70
0,01 – 0,001	27
0,001 – 0,0001	13

- Dla elektrody K⁺ - selektywnej

- Dla roztworów 10 – krotnie rozcieńczonych, począwszy od roztworu 0,1 – molowego, dla elektrody K⁺ - selektywnej, zależność V(pK) jest funkcją malejącą.

Czułość elektrody:

Przedział stężeń	Spadek o … mV
0,1 – 0,01	24
0,01 – 0,001	30
0,001 – 0,0001	84

• Obliczanie stężenia jonów chlorkowych i potasowych

- Obliczenia ze wzory na pH podanego na pierwszej stronie sprawozdania.

Dla ułatwienia:

log_aX = -y

X = 10^-y

	pH	[H^+]	pK	[K^+]	pCl	[Cl^-]
Sok jabłkowy	3,64	0,000229M	2,25	0,00562M	3,65	0,000224M
Woda wodociągowa	7,4	0,0000000398M	4	0,0001M	3,95	0,000122M
Woda z akwarium	7,79	0,0000000162M	3,5	0,000316M	3,05	0,000891M

3