Вопросы для самостоятельной подготовки и контроля

1. Какие системы называются буферными? Их состав.

2. Буферные системы и механизм их действия.

3. Какие методы определения рН буферных смесей вы знаете? Приведите формулу расчета рН буферных систем.

4. От каких факторов и как зависит рН буферных растворов?

5. Что называется буферной емкостью? Как она рассчитывается и какие факторы оказывают влияние на ее значение?

6. Какие методы определения буферной емкости вы знаете?

7. Какие электроды применяются для определения рН?

8. Биологическое значение буферных систем.

Тема 7. Потенциометрия Основные определения и термины

При погружении пластинки металла в водный раствор его соли на границе раздела металл – раствор образуется двойной электрический слой. Образовавшаяся пограничная разность потенциалов получила название электродного потенциала.

Различают электроды первого и второго рода. Электроды первого рода обратимы относительно одного вида ионов (катионов или анионов), а электроды второго рода – относительно обоих видов ионов раствора.

Примером электрода первого рода является металл, погруженный в раствор, содержащий его ионы, например медный и цинковый электроды в растворах их солей. Они обратимы относительно катионов. Такой электрод можно представить в виде схемы: М^z+ | М. Ему отвечает электродная реакция

М^z+ + z e^– ↔ М,

где z – число электронов, принимающих участие в процессе.

Потенциал электрода определяется уравнением Нернста:

, (7.1)

где ^о – стандартный (нормальный) электродный потенциал, В; R – универсальная газовая постоянная, Дж/(мольК); R = 8,314; Т – абсолютная температура, К; z – число электронов, участвующих в реакции; F – постоянная Фарадея, Кл/моль; F = 96485; – активность ионов металла в растворе.

Электрод второго рода состоит из металла, покрытого слоем его труднорастворимого соединения и погруженного в раствор легкорастворимой соли, содержащий тот же анион, что и малорастворимое соединение, например каломельный и хлорсеребряный электроды. Они обратимы относительно как катиона, так и аниона.

Электрод второго рода записывается в виде схемы А^z– | МА, М. Схема электродной реакции:

МА + z e^– ↔ М + А^z–.

Потенциал электрода второго рода определяется уравнением

, (7.2)

где – активность анионов в растворе.

Окислительно-восстановительный электрод состоит из инертного металла (например, платины), погруженного в раствор, содержащий вещества с различной степенью окисления Red и Ox. Металл в такой системе обменивается с участниками окислительно-восстановительной реакции электронами и принимает определенный потенциал при установлении равновесного состояния.

В общем виде схема электрода и уравнение потенциалопределяющей реакции записывается так:

Ox, Red Pt; Ox + z e^– ↔ Red.

К редокси-электродам относятся в первую очередь электроды, у которых Ox и Red представляют собой ионы, причем электродная реакция состоит в перемене их зарядов. Например, ферри-ферроэлектроду Fe³⁺, Fe²⁺ Pt соответствует потенциалопределяющая реакция: Fe³⁺ + e^– ↔ Fe²⁺.

Потенциал окислительно-востановительного электрода определяется по уравнению

, (7.3)

где – стандартный окислительно-восстановительный потенциал.

Потенциометрический метод определения рН основан на том, что измеряют ЭДС элемента, состоящего из вспомогательного электрода с известным потенциалом (электрода сравнения) и электрода, потенциал которого зависит от количества водородных ионов (электрода определения). Наиболее часто в качестве электрода с известным потенциалом применяют каломельный, хлорсеребряный и хингидронный электроды. В качестве электрода, потенциал которого зависит от рН, используют водородный, хингидронный и стеклянный. ЭДС такого гальванического элемента равна разности потенциалов двух его электродов и связана определенной зависимостью с активностью водородных ионов, т.е. рН раствора – формулы (7.5 – 7.7). Подставив в соответствующую формулу, выражающую зависимость между ЭДС цепи (Е) и рН раствора, измеренное значение Е, находят искомый рН.