Pomiary pH
( patrz też )
(jeśli interesuje Cię zasada pomiaru potencjometrycznego pH i związane z nią zagrożenia błędnych pomiarów, ściągnij symulacje pehametru - plik Excela pehametr.xls)
Znajomość dokładnej wartości współczynnika pH w praktyce chemicznej nie zawsze jest konieczna. Często wystarczającą jest wiedza o rzędzie wielkości tego parametru lub o przekroczeniu pewnej, ważnej z punktu widzenia obserwowanego procesu, ściśle określonej wartości pH. Różne związki chemiczne, reagując z jonami wodorowymi, zmieniają swoje zabarwienie w sposób skokowy po osiągnięciu pewnej, ściśle określonej wartości stężenia jonów wodorowych w środowisku (a więc przy określonym pH). Tego typu związki nazywamy wskaźnikami pH. Stosujemy je w postaci roztworów dodawanych w niewielkiej ilości (parę kropli) do badanego roztworu. Do najbardziej popularnych należy tu fenoloftaleina (po przekroczeniu pH=8,3 z bezbarwnej przechodzi w malinową, służy do stwierdzenia zasadowości roztworu; w roztworach kwaśnych i obojętnych pozostaje bezbarwna), lakmus, czerwień metylowa oraz oranż metylowy. Wymienione wskaźniki służą najczęściej do określenia odczynu roztworu (obojętny [H+]=[OH-]; kwaśny [H+]>[OH-]; zasadowy [H+]<[OH-]), bądź w procesie tzw. miareczkowania, gdzie służą do zasygnalizowania momentu przejścia roztworu kwaśnego w zasadowy i odwrotnie.
Dla technicznego ułatwienia pomiaru odczynu roztworu oznaczanego, dość często wskaźniki stosuje się w postaci bibuły nasyconej roztworem wskaźnika i wysuszonej. Te tzw. papierki wskaźnikowe, najczęściej w postaci paska centymetrowej szerokości stosuje się, albo zanurzając ich koniec do badanego roztworu, albo nanosząc kroplę roztworu na pasek. Na podstawie barwy uzyskanej na wilgotnej części papierka wskaźnikowego określa się odczyn roztworu badanego. Stosując pojedynczy wskaźnik jesteśmy w stanie określić jedynie, czy pH badanego roztworu jest większe czy mniejsze od pH zmiany barwy, wartości charakterystycznej dla danego wskaźnika. W celu oszacowania wartości pH za pomocą papierka wskaźnikowego nasyca się go jednocześnie roztworami kilku różnych wskaźników, zmieniających swoje barwy pod wpływem różnych wartości pH, tak, że jesteśmy w stanie porównując otrzymana barwę papierka wskaźnikowego z podaną skalą barw określić wartość pH badanego roztworu z dokładnością do jednostki. Popularnie taki papierek wskaźnikowy nosi nazwę papierka uniwersalnego, sprzedawany jest w postaci "książeczek" lub zwiniętej taśmy o żółtej barwie, która nie zmienia się w roztworze obojętnym, natomiast w roztworze silnie kwaśnym jest purpurowa, przechodząc przez odcienie czerwonego do pomarańczowego i żółtego w roztworach o mniejszej kwasowości (pH 1 - 7) a w roztworach zasadowych zmienia swą barwę od zieleni do ciemnego fioletu (pH 7 - 14).
Pomiar pehametryczny.
Wskaźniki chemiczne pozwalają nam na mniej lub bardziej dokładne oszacowanie wartości pH, natomiast dokładny pomiar, z precyzja i dokładnością nawet do 0,001 jednostki pH jest możliwy przy zastosowaniu pomiaru potencjometrycznego. Przyrząd stosowany do pomiarów pH popularnie nazywany jest pehametrem. Składa się z czułego miliwoltomierza i elementu pomiarowego, złożonego z elektrody odniesienia i elektrody pomiarowej - najczęściej elektrody szklanej. Te dwie elektrody (dwa
półogniwa) tworzą wraz z badanym roztworem, w którym są zanurzone, ogniwo, którego siła elektromotoryczna (SEM, z grubsza to, co potoczne nazywamy
napięciem np. bateryjki) zależy od stężenia jonów wodorowych w roztworze. Miliwoltomierz mierzy to napięcie i automatycznie przelicza na wartość pH, która jest wyświetlana na czytniku lub pokazywana przez wskazówkę urządzenia pomiarowego. Ponieważ każdy egzemplarz elektrody ma swoje charakterystyczne parametry pracy, aby pehametr mógł prawidłowo obliczać pH konieczne jest uprzednie skalibrowanie przyrządu. Odbywa się to w ten sposób, że dokonujemy wstępnie pomiaru roztworu buforowego o dokładnie znanym pH (wzorzec) i odpowiednimi elementami regulacyjnymi doprowadzamy do prawidłowych wskazań pehametru. Taką kalibrację pehametru należy wykonać nie tylko przed rozpoczęciem pomiarów nową elektrodą, ale także po pewnym okresie jej pracy (najczęściej po paru dniach), bowiem parametry pracy
elektrody cały czas powoli, ale systematycznie ulegają zmianom (mówimy popularnie, że elektroda się starzeje).
Pehametryczna elektroda szklana jest przedstawicielem (najstarszym i najdoskonalszym) rodziny tzw. elektrod jonoselektywnych. Tak jak elektroda szklana reaguje na wielkość stężenia jonów wodorowych, odpowiednie elektrody jonoselektywne reagują na stężenia np. jonów chlorkowych, bromkowych, jodkowych, sodowych, potasowych, amonowych, wapniowych i wielu innych.
| |
 |
|
Miareczkowanie (analiza miarowa) jest techniką analityczną polegającą na tym, że do roztworu badanego (miareczkowanego) dodajemy powoli, kroplami, roztworu zawierającego substancję reagującą w znany i charakterystyczny sposób z substancją oznaczaną w roztworze miareczkowanym (np. miareczkujemy roztwór kwasu siarkowego(VI) zasadą sodową, otrzymując wodę i obojętny siarczan sodu). Jeżeli do roztworu miareczkowanego dodaliśmy kroplę wskaźnika (np. fenoloftaleiny) to w momencie gdy cały kwas zawarty w roztworze miareczkowanym zostanie zobojętniony przez dodawany roztwór zasady sodowej, następna kropla zasady spowoduje powstanie odczynu zasadowego i roztwór zabarwi się na różowo, sygnalizując koniec procesu zobojętniania. W tym momencie zaprzestajemy miareczkowania i odczytujemy objętość dodanego roztworu miareczkującego (zasady sodowej) i na podstawie znajomości jego stężenia oraz objętości roztworu miareczkowanego (oraz oczywiście znajomości ilościowego przebiegu reakcji zobojętniania) obliczamy stężenie i ilość kwasu w miareczkowanym roztworze.
Roztwór miareczkujący (titrant) dodajemy najczęściej z biurety - kalibrowanej, szklanej rurki z podziałką i kranikiem, co pozwala nam dodawać titrant kroplami z jednoczesną dokładną kontrolą dodanej ilości (objętości, nawet do 0,05 ml). Technikę miareczkowania stosujemy w wielu modyfikacjach - do najpopularniejszych należy alkacymetria (kwas, zasada), argentometria (strącanie halogenków azotanem(V) srebra), jodometria i manganometria (oparte o reakcje redoksowe z użyciem jodu lub nadmanganianu)
do strony głównej