Laborator 1pH-metria

Noţiunea de pH a fost introdusă în anul 1909 de Sörensen sub numele de exponent de hidrogen. El este definit ca fiind logaritmul cu semn negativ al concentraţiei ionilor de hidroniu:

pH = - lg[H3O+].

Valoarea sa poate fi calculată dacă se cunosc constantele de echilibru ale reacţiilor chimice la care participă acest ion şi compoziţia analitică a soluţiei.

Determinarea pH-ului se poate face prin metode colorimetrice, spectrofotometrice şi potenţiometrice.

Metode colorimetrice (comparative)

Aceste metode se bazează pe folosirea indicatorilor de culoare şi sunt de două feluri:► metode colorimetrice care folosesc soluţii tampon, etalon;► metode colorimetrice fără soluţii etalon.

Metodele colorimetrice fără soluţii tampon se bazează pe determinarea experimentală a gradului de neutralizare a indicatorului, considerat ca un acid sau o bază slabă, utilizând relaţia:

în care pKHIn este presupus cunoscut şi astfel valoarea pH poate fi calculată, α fiind gradul de ionizare al indicatorului.

Ca etalon de comparare se folosesc eprubete închise care conţin soluţie indicator. Diferenţa culorii soluţiei din eprubetele etalon este determinată de concentaţia diferită a indicatorului complet disociat în mediu alcalin. Concentraţiile soluţiilor de indicator în eprubetele etalon sunt astfel alese încât soluţiile în două eprubete învecinate diferă prin 0,2 unităţi de pH. Eprubetele sunt prevăzutecu etichete pe care se notează valoarea pH-ului .

Prepararea etaloanelor cu m-nitrofenol

Nr. eprubetă Soluţie m-nitrofenol (ml) Soluţie Na2CO3 0,1 n (ml) pH1 0,27 6,73 6,82 0,43 6,57 7,03 0,66 6,34 7,24 1,00 6,00 7,45 1,50 5,50 7,66 2,30 4,70 7,87 3,00 4,00 8,08 4,20 2,80 8,29 5,20 1,80 8,4

Determinarea pH-ului cu ajutorul comparatorului Walpole

Comparatorul Walpole este un bloc de lemn vopsit în negru, prevăzut cu 6 sau 9 orificii în care se aşează eprubetele.

Mod de lucru

Într-o eprubetă se pipetează 2 ml soluţie de analizat, 1 ml soluţie de indicator şi 4 ml apă distilată. Această eprubetă se introduce în orificiul nr. 4.

În orificiile 2 şi 6 se introduc eprubete în care s-au pipetat, în fiecare, câte 2 ml soluţie de analizat şi 5 ml apă distilată, iar în orificiul 3 se introduce o eprubetă ce conţine 7 ml de apă distilată. În orificiile 1 şi 5 se introduc, pe rând, din scara de etaloane, câte două eprubete, în ordinea crescătoare a valorii pH-

ului, până când culoarea vizibilă prin spaţiul din mijlocul comparatorului (corespunzător eprubetei din orificiul 4) este aceeaşi cu nuanţa unuia dintre etaloane. Acea soluţie etalon va avea acelaşi pH ca şi soluţia de analizat.

Metode potenţiometrice

Metodele potenţiometrice de analiză se bazează pe variaţia potenţialului unui electrod indicator în funcţie de activitatea (respectiv concentraţia) ionilor din soluţie. Deoarece nu este posibilă măsurarea directă a potenţialului unui singur electrod, practic se măsoară tensiunea (forţa) electromotoare a pilei formate din electrodul indicator şi un electrod de comparaţie.

Realizarea practică a unei celule electrice implică un electrod indicator al activităţii ionilor de hidrogen şi un electrod de referinţă. Se folosesc în acest scop electrodul de sticlă (înlocuitor al electrodului de hidrogen) şi electrodul de calomel.

Electrodul de sticlă - face parte din clasa electrozilor cu membrană, utilizarea sa în măsurătorile de pH bazându-se pe faptul că potenţialul ce apare la interfaţa soluţie - membrană este funcţie de activitatea ionilor de hidroniu din soluţie.

Electrodul de sticlă este alcătuit dintr-o membrană de sticlă, de obicei de formă sferică, cu o compoziţie specială, sensibilă la variaţia concentraţiei ionilor de hidrogen. În

Comparator Walpole

Electrod de sticlă1-electrod de referinţă intern2-membrană de sticlă3- soluţie tampon

Electrod de calomel1-fir de platină; 2-soluţie saturată de KCl;3-mercur metalic; 4-calomel (Hg2Cl2); 5-masă poroasă

interiorul sferei care conţine această membrană se introduce o soluţie tampon cu un pH constant şi un electrod de referinţă intern.

În determinările de pH, potenţialul electrodului care indică activitatea ionilor de hidrogen se măsoară în raport cu potenţialul constant al unui electrod de referinţă (electrodul de calomel).

Electrodul de calomel - este format din mercur şi calomel (clorură mercuroasă) în soluţie de clorură de potasiu, cu următoarea schemă:

Hg(l) | Hg2Cl2 (s) | KClEste format dintr-un vas de sticlă în care se introduce amestecul de mercur metalic şi

calomel uscat deasupra unui strat de mercur metalic. Contactul electric dintre mercur şi borna de conectare a electrodului se face printr-un fir de platină.

Aparatele folosite pentru determinarea pH-ului se numesc pH-metre. Principalele părţi componente sunt: - electrozii (de sticlă şi de calomel) care transformă parametrul chimic al soluţiei într-un semnal electric măsurabil ; - sistemul de măsură.

Modul de funcţionare al pH-metrului OP 204/1 Radelkis

- se cuplează la aparat cei doi electrozi (cel de sticlă este păstrat în apă distilată, iar cel de calomel, în soluţie saturată de KCl);

- se introduce aparatul în priză şi se deschide folosind clapa I, pentru a se încălzi, timp de 15 minute;

- se fixează temperatura cu ajutorul compensatorului 4;- se face etalonarea aparatului, folosind o soluţie tampon cu pH cunoscut; dacă acul

galvanometrului nu indică exact valoarea etalonului, se reglează aparatul cu ajutorul compensatorului "Buffer";

- când electrozii nu sunt în soluţie, butonul "operation" trebuie să fie pe poziţia "O".;- se introduc electrozii în soluţia de analizat, aşezând butonul "operation" spre stânga

(O-7 pH) sau spre dreapta (7-14 pH), în funcţie de valoarea aproximativă a pH-ului soluţiei de analizat şi se citeşte valoarea pH-ului pe scara galvanometrului;

- după fiecare citire, butonul "operation" trebuie readus la "O";- se scot electrozii din soluţie, se clătesc cu apă bidistilată, se şterg cu hârtie de filtru

şi se pregătesc pentru o nouă determinare.

pH-metru de tip OP-204/1 Radelkisa): 1- întrerupător de reţea; 2-buton pentru fixarea treptei tensiunii de compensare; 3-

compensator "Buffer"; 4-potenţiometru pentru fixarea temperaturii; 5-buton de măsurare "Operation"; 6-lampă de semnalizare.

b) partea din spate: 7-bornă pentru electrodul de sticlă; 8-bornă pentru electrodul de referinţă; 9,10-comutatoare pentru fixarea frecvenţei şi a tensiunii curentului; 11-împământare.