Chemia Fizyczna: Ćwiczenia laboratoryjne nr 6

„Wyznaczanie charakterystyki elektrod.”

Potencjometryczne pomiary pH wykonuje się za pomocą ogniwa zawierającego elektrode o potencjale stałym oraz elektrodę, której potencjał jest zależny od aktywności jonów wodorowych. Elektroda o potencjale stałym jest elektrodą odniesienia, a elektroda reagująca na zmianę pH - elektrodą wskaźnikową. Za elektrodę odniesienia służy zazwyczaj nasycona elektroda kalomelowa(NEK). Elektrodą wskaźnikową może być elektroda wodorowa, chinhydrynowa, antymonowa, szklana. Siłę elektromotoryczną(SEM) ogniwa z wartościami pH łączy zależność:

E=E^o-kpH

Obszarem tej zależności w układzie współrzędnych E(mV)-pH jest linia prosta. Wykres zależności między potencjałem elektrody i pH roztworu nazywa się charakterystyką elektrody. E^o w pomniejszym równaniu oznacza potencjał elektrody wskaźnikowej względem danej elektrody odniesienia, odpowiadający pH=0. E^o jest wielkością charakteryzującą dany układ elektrod i podaje punkt przecięcia się lini prostej przedstawiającej omawianą zależność z osią E(mV). Drugą wielkością charakteryzującą dany układ elektrod jest wartość pH, dla której SEM ogniwa pomiarowego jest równa zeru. Współczynnik proporcjonalności k podaje o ile miliwoltów zmienia się potencjał elektrody , gdy pH roztworu zmieni się o jedność. W ukł współrzędnych E(mV)-pH podaje się nachylenie charakterystyki elektrody. Współczynnik k jest proporcjonalny do temperatury bezwzględnej:

k=0,1984T

W danej temperaturze charakterystyka elektrody zwana jest izotermą elektrody. Izotermy różnych elektrod, których potencjały są wyznaczone wartościami pH, tworzą rodzine prostych równoległych.

Lp	pH roztworu	SEM/mV/ogniwa z elektrodą
			szklana	chinhydrynowa	antymonowa
bufor 1	1,98	89	-131	262
bufor 2	2,56	56	-193	247
bufor 3	4,1	-5	-263	184
bufor 4	5,02	-59	-323	145
bufor 5	6,37	-148	-393	28
bufor 6	7,24	-227	-460	-59
bufor 7	8,69	-266	-498	-100
bufor 8	9,62	-371	-596	-188
zad1		-155	-408	4
zad2		-45	-309	106
zad3		-106	-363	71

1.Wyznaczanie E^o dla poszczególnych ogniw oraz wyznaczanie nachylenia charakterystyk elektrod.

E= E^o- k pH y= E -k= a stąd k= -a

y= b + a x b= E^o x= pH

1. Elektroda chinhydrynowa / kalomelowa

y= -68,226x + 371,89

k= 68,226 E^o=371,89mV

2. Elektroda szklana /kalomelowa

y= -66,488x + 182,82

k= 66,488 E^o=182,82mV

c) Elektroda antymonowa / kalomelowa

y= -64,774x - 65,643

k= 64,774 E^o=-65,643mV

1.Wyznaczanie pH dla zadań metodą graficzną:

3. Elektroda chinhydrynowa / kalomelowa

y= -68,226x + 371,89

Zad1: E=4mV => 4=-68,226x+371,89=>x=(4-371,89)/(-68,226)=5,39

Zad2: E=100mV =>100=-68,226x+371,89=>x=(100-371,89)/(-68,226)=4,01

Zad3: E=71mV =>71=-68,226x+371,89=>x=(71-371,89)/(-68,226)=4,41

4. Elektroda szklana /kalomelowa

y= -66,488x + 182,82

Zad1: E= -155mV => -155=-66,488x+182,82=>x=(-155-182,82)/(-66,488)=5,08

Zad2: E= -45mV =>-45=-66,488x+182,82=>x=(-45-182,82)/(-66,488)=3,43

Zad3: E= -106mV =>-106=-66,488x+182,82=>x=(-106-182,82)/(-66,488)=4,34

c) Elektroda antymonowa / kalomelowa

y= -64,774x - 65,643

Zad1: E= -408mV => -408=-64,774x-65,643=>x=(-408+65,643)/(-64,774)=5,29

Zad2: E= -309mV =>-309=-64,774x-65,643=>x=(-309+65,643)/(-64,774)=3,76

Zad3: E= -363mV =>-363=-64,774x-65,643=>x=(-363+65,643)/(-64,774)=4,59

Wartości średnie pH w zadaniach:

Zad 1: 5,25

Zad 2: 3,73

Zad 3: 4,45

3. Dyskusja wyników

Celem ćwiczenia było wyznaczenie charakterystyk elektrod: szklanej, chynhydrynowej, antymonowej. Załączamy do sprawozdania wykres przedstawiający trzy proste - każda odpowiadająca innej elektrodzie- które są względem siebie prawie równoległe. Izotermy różnych elektrod których potencjały są wyznaczone wartością pH, powinny tworzyć rodzinę prostych równoległych. Nachylenia prostych są zbliżone do siebie.

Charakterystyki elektrod są liniowe do pewnej wartości pH.

Np. elektroda szklana ma liniowy charakter do pH ok. 9. Ponieważ najwyższa wartość

pH w doświadczeniu wynosiła 9,62 więc liniowość mogła ulec zmianie w tych

granicach pH.

Dla elektrody chinhydronowej przekroczenie wartości pH ok. 9 jest niekorzystne, ponieważ hydrohinon ulega w tym środowisku dysocjacji jak i utlenieniu z tlenem z powietrza

( słaby kwas dwuzasadowy).

Elektroda antymonowa działa sprawnie w zakresie pH 2-10. Jest ona wrażliwa na obecność czynników utleniających, siarkowodoru, jonów metali szlachetnych (wydzielają się na jej powierzchni zmieniając jej czułość).

Drugim zadaniem było wyznaczenie pH trzech niezależnych roztworów korzystając

z przygotowanych wcześniej charakterystyk elektrod. Wyniki były podobne ale nie identyczne.

Różnice były spowodowane błędem związanym z niedokładnością przyrządu oraz nie zachowaniem liniowości elektrod.

---