- •Определение рН водных растворов рН-метромЭкотест-2000 Введение
- •4.1. Анализатор жидкости экотест - 2000
- •Устройство и работа рН-метра Ионометрические измерения
- •Измерение температуры раствора
- •Устройство анализатора
- •1, 2 – Входнойусилитель; 3 - коммутатор переключе-ния режимов; 4 – аналого-цифровой преобразователь; 5 – микропроцессор; 6 - контроллер дисплея; 7 - блок уп-равления
- •4.3. Проведение измерений
- •4.4. Цель работы
- •Контрольные вопросы
Определение рН водных растворов рН-метромЭкотест-2000 Введение
Потенциометрия – один из электрохимических методов анализа, основанный на определении концентрации электролитов путём измерения потенциала электрода, погружённого в исследуемый раствор.
Потенциал (от лат. potentia– сила) – понятие, харак-теризующее физические силовые поля (электрическое, магнитное, гравитационное) и вообще поля векторных физических величин.
Метод потенциометрического измерения концентра-ции ионов в растворе основан на измерении разности электрических потенциалов двух специальных электро-дов, помещённых в испытуемый раствор, причём один электрод – вспомогательный – в процессе измерения имеет постоянный потенциал.
Потенциал Еотдельного электрода определяют по уравнению Нернста (W.Nernst– немецкий физико-химик, 1869 – 1941) через его стандартный (нормальный) потенциалЕ0и активность ионова+, которые принимают участие в электродном процессе
Е = Е0 +2,3lg a+, (4.1)
где E0– составляющая межфазной разности потенциалов, которая определяется свойствами электрода и не зависит от концентрации ионов в растворе;R– универсальная газовая постоянная;n– валентность иона;Т –абсолютная температура;F –число Фарадея (M.Faraday– английский физик ХIХ века).
Уравнение Нернста, выведенное для узкого класса электрохимических систем металл – раствор катионов этого же металла, справедливо в значительно более широких пределах.
Потенциометрический метод наиболее широко применяют для определения активности ионов водорода, характеризующей кислотные или щелочные свойства раствора.
Появление водородных ионов в растворе вызвано диссоциацией (от лат. dissociatio- разъединение) части молекул воды, распадающихся на ионы водорода и гидроксила:
H2O↔+.(4.2)
По закону действующих масс константа К равновесия реакции диссоциации воды равнаK= ./ .
Концентрация недиссоциированных молекул в воде настолько велика (55,5 М), что её можно считать постоянной, поэтому уравнение (5.2) упрощают: = 55,5 = ., где- константа, называемая ионным произведением воды, = 1,0∙10-14 при температуре 22оС.
При диссоциации молекул воды ионы водорода и гидроксила образуются в равных количествах, следовательно, их концентрации одинаковы (нейтраль-ный раствор). Исходя из равенства концентраций и известной величины ионного произведения воды, имеем
[Н+] === 1∙10-7. (4.3)
Для более удобного выражения концентрации ионов водорода химик Зеренсен (P.Sarensen– датский физико-химик и биохимик) ввёл понятиеpH(p– начальная буква датского словаPotenz– степень,H– химический символ водорода).
Водородный показатель рН – величина, характери-зующая концентрацию (активность) ионов водорода в растворах. Он численно равен десятичному логарифму концентрации ионов водорода , взятому с обратным знаком, т.е.
рН = - lg . (4.4)
Водные растворы могут иметь рН в интервале от 1 до 15. В нейтральных растворах при температуре 22 оС рН = 7, в кислых рН < 7, в щелочных рН > 7.
При изменении температуры контролируемого раствора электродный потенциал стеклянного электрода меняется из-за наличия коэффициента S = 2,3∙в уравнении (4.1). Вследствие этого одной и той же величине рН при разных температурах раствора соответствуют различные значения эдс электродной системы.
Зависимость эдс электродной системы от рН при разных температурах представляет собой пучок прямых (рис. 4.1), пересекающихся в одной точке. Эта точка соответствует величине рН раствора, при которой эдс электродной системы не зависит от температуры, её называют изопотенциальной (от греч. - равный, одинаковый и …потенциальная) точкой. Координаты изопотенциальной точки (ЕИ и рНИ) являются важнейшими характеристиками электродной системы. С учётом температуры статическая характеристика (4.1) примет вид
Е = ЕИ – (S0 + t)(рН – рНИ), (4.5)
где S0 = - крутизна статической характеристики при t = 0; = мВ/оС - температурный коэффициент S; t – температура раствора в оС.
Е
t1>
t2>t3
t1
t2
t3
ЕИ
рНИ рН
Рис. 4.1. Зависимость рН раствора от его температуры t