DETERMINAREA pH-ULUI SOLUIILOR

Consideraii teoretice

Apa are un caracter amfiprotic, echilibrul reaciei protolitice H2O + H2O = H3O+ + HO- exprimndu-se prin urmtoarea constant de ionizare: [ ] [ ]

[ ]223

iOH

HOOHK

+ = .

Deci apa sufer o reacie de autoprotoliz, care n form simplificat se prezint ca o reacie de ionizare.

H2O = H+ + HO i [ ] [ ]

[ ]OHOHHK

2i

+ = . Gradul de ionizare al apei este foarte mic = 2*10-9, echilibrul reaciei este mult deplasat spre stnga, astfel c n aceste condiii concentraia apei la echilibru rmne constant i poate fi inclus n Ki.

Ki [H2O] = [H3O+] [HO-] = Kw (KH2O) numit produs ionic al apei Mrind concentraia n ioni de hidrogen, concentraia n ioni [OH-] scade, astfel nct produsul ionic KH2O rmne constant.

Definiie: pH ul reprezint logaritmul zecimal cu semnul schimbat al concentraiei ionilor de hidrogen ntr-o soluie :

pH = - log [H3O+] = colog [H3O+]. n mod similar poate fi definit pOH ul: pOH = - log [OH-] = colog [OH-]. ntre pOH i pH exist relaia urmtoare :

pH + pOH = 14. Pentru apa pur pH-ul i pOH-ul sunt egale valoarea lor fiind egal cu - log 10-7 = 7. Valorile pH-ului i pOH-ului corespunztoare diferitelor concentraii ale ionilor hidroniu sau hidroxid alctuiesc scara aciditii i bazicitii.

Mediu Acid Neutru Bazic pH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

[H3O+] 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12 10-13 10-14

[HO-] 10-14 10-13 10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 pOH 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

pH-ul se poate determina cu ajutorul indicatorilor, cu metoda poteniometric sau cu ajutorul pH-metrului. 1

1. Determinarea pH-ului cu ajutorul indicatorilor

Indicatorii de pH (acido bazici) sunt substane organice a cror form acid sau bazic (molecular) are o alt culoare dect baza sau acidul conjugat. Dac aciditatea soluiei se modific (de exemplu prin neutralizare cu o baz) indicatorul i schimb culoarea. Schimbarea culorii indicatorului este legat de o modificare de structur i are loc ntr-un interval numit interval de viraj, specific fiecrui indicator.

Echilibrul de ionizare al unui indicator este:

H2O + H ln = H3O+ + ln- , cu [ ] [ ]

[ ]lnHlnOH

K 3ln+ =

de unde se poate deduce:

[ ] [ ][ ]+ = lnlnHKOH ln3 sau [ ][ ]lnHlnlogpKpH ln += . Deoarece culoarea indicatorului este sensibil la variaiile de pH se admite c forma acid [H ln] d culoarea atunci cnd concentraia sa este de 10 ori mai mare dect [ln-], deci [H ln] = 10 [ln-]. Forma bazic conjugat d culoarea atunci cnd [ln-] = 10 [H ln]. Indicatorul trece de la forma acid la forma bazic atunci cnd pH-ul variaz de la pK -1 la pK +1. Intervalul de viraj este n general de 2 uniti de pH i este o msur a sensibilitii indicatorului. Aparatur necesar Set soluii indicatori n sticle picurtoare; Soluii de analizat: acide (HCl, H2C2O4), bazice (NaOh, NH4OH) i de diferite pH-uri; Cilindru gradat de 10 cm3; Stativ de eprubete; Hrtie indicatoare de pH.

Determinarea mediului acid sau bazic

Mod de lucru: n 6 eprubete se introduc cte 2-3 cm3 ap distilat. n 3 dintre aceste

eprubete se introduce apoi cte o pictur de metiloranj, iar n celelalte 3 cte o pictur de fenolftalein, notndu-se culoarea acestora. n 2 eprubete ce conin indicatorul metiloranj i fenolftalein se introduc 2-3 picturi de soluie HCl notndu-se de asemeni culoarea indicatorilor. n acelai mod n alte 2 eprubete pereche se introduc 2-3 picturi de soluie NaOH notndu-se culoarea indicatorului. Se repet opera-iile pentru 2 soluii necunoscute indicnd n tabel mediul acid sau bazic. 2

3

Soluie de analizat Indicator Reacie soluie Metiloranj Fenolftalein Acid Neutr Bazic

Ap distilat Galben Incolor - - - Soluie cu HCl Rou Incolor Da - -

Soluie cu NaOH Galben Roz - - Da Soluie X1 Soluie X2 Soluie X3

2. Determinarea pH-ului cu set de indicatori

n acest scop se folosete un set de indicatori al cror domeniu de viraj cuprinde scara de

pH 0 - 14 conform tabelului:

Nr. ind. Indicator Culoare Interval de pH la viraj

Culoare

I Albastru de timol Rou 1,2 - 2,8 Galben II Metiloranj Rou 3,1 - 4,4 Galben II Rou de metil Rou 4,4 - 6,2 Galben

IV* Albastru de bromtimol Galben 6,2 - 7,8 Albastru V Rou crezol Galben 7,2 - 8,8 Rou - violaceu VI Fenolftalein Inclolor 8,2 - 10 Rou VII Timolftalein Incolor 9,3 - 10,5 Albastru VIII Trepeolin 0 Galben 11,0 - 13,0 Brun-portocaliu

* Turnesol Rou 5,0 - 8,0 Albastru IX Verde de bromcrezol Galben 3,6 - 5,2 Albastru

Mod de lucru: ntr-o eprubet se introduc 2-3 cm3 soluie de analizat i 1-2 picturi indicator IV urmrindu-se culoarea obinut. Culoarea galben indic un pH7. Dac soluia este cu pH 2,8. Se repet n continuare acest procedeu notndu-se n caiet observaiile pn cnd se stabilete c pH-ul este cuprins ntr-un interval ct mai restrns. De exemplu: ntre 4,4 - 6,2 culoarea roie a indicatorului III i galben a indicatorului IV. Se compar apoi rezultatul cu valoarea pH-ului msurat cu hrtia universal de pH.

Nr. probei Indicator Culoare PH cuprins ntre: Soluia I IV

Hrtie indicator pH-metru

3. Determinarea pH-ului cu ajutorul pH-metrului Caracteristici tehnice ale aparatului Moduri de funcionare: pentru msurarea pH-ului i potenialului redox Precizie de msur pH: 0,00 - 14,00/ 0,01pH;

MV: 1250 mV/ 1 mV oC: 0,0 - 100 oC / 0,2 K

Timp de funcionare cu acumulator: 70 ore cu baterie: 500 ore

Temperatura de lucru: (-5 50) oC; Dimensiuni 303*117*413 mm Greutate: 0,3 kg. Descrierea trusei de msur (figura 1)

4

1. pH-metru portabil, 2. electrod de pH cu senzor de temperatur, 3. soluii tampon STP 4, STP 7 i STP 10, 4. acumulator; 5. transformator de alimentare.

Descrierea pH-metrul portabil

Figura 1. Trusa de msur pH

pH-metrul conine un ecran de afiare cu cristale lichide i 3 taste:

5

Caracteristici tehnice: Moduri de funcionare: msurarea pH i potenial redox

MODE RUN are o funcie dubl, apsare scurt pentru apelarea modului de operare i apsare prelungit pentru pornirea msurrii. Tasta pentru ajustarea valorii de referin a temperaturii; Tasta AUTO READ pentru comutarea nchis/deschis.

Precizie de msur pH: 0,00 - 14,00/ 0,01pH; MV: 1250 mV/ 1 mV oC: 0,0 - 100 oC / 0,2 K

Timp de funcionare cu acumulator: 70 ore cu baterie: 500 ore

Temperatura de lucru: (-5 50) oC;

Mod de lucru: naintea efecturii msurtorilor se face calibrarea aparatului. Acesta const n: selectm modul de calibrare iar apariia mesajului se introduce senzorul n soluiei de calibrat C 1(STP 7). Se apas tasta MODE RUN, moment n care instrumentul determin o valoare stabil. Senzorul se cltete n ap distilat iar mai apoi la apariia celui de-al doilea mesaj, acesta se introduce n cea de-a doua soluie de calibrare. Aceast soluie C 2 ( STP 4 sau STP 10) va fi aleas funcie de domeniul de msurare dorit (acid STP 4, sau alcalin STP 10). Se determin din nou o valoare stabil. Se apas scurt tasta MODE RUN i mai apoi se trece la msurarea propriu-zis. Msurarea potenialului redox: Se apas tasta MODE RUN pn la selectarea modului "mV". Se imerseaz senzorul n soluie i se citete potenialul redox. Se recomand ca membrana electrodului s se pstreze n permanen umed, iar n timpul pauzelor de msurare s se acopere cu capacul. Msurarea direct a pH-ului: La determinarea pH-ului unei soluii se folosete electrodul de hidrogen i de sticl deoarece potenialul care apare la interferena membran de sticl - soluie este determinat exclusiv de concentraia ionilor de H2 prezeni n soluia n care a fost

6

introdus. Prin apsarea tastei MODE RUN se selecteaz modul "pH". Se imerseaz senzorul n soluie, se scoate se cltete cu ap distilat, dup care se imerseaz nc o dat citind valoarea pH-ului afiat pe ecran. Msurarea temperaturii: Se apas tasta MODE RUN pn la selectarea modului " oC ". Se imerseaz n soluie i se citete temperatura. Compensarea temperaturii: Acesta se face doar pentru determinarea n mod direct a pH-ului i ea se poate manual sau automat. Pentru compensarea manual temperatura de referin se alege astfel: se apas tasta MODE RUN pn obinem domeniul " oC ", se afieaz temperatura ajustat anterior, dup care din tasta ajustm aceast temperatur.