Przeczytaj

bg‑yellow

Autodysocjacja wody

Woda ulega procesowi autodysocjacjiautodysocjacjaautodysocjacji według równania:

H_{2} O + H_{2} O ⇄ H_{3} O^{+} + {OH}^{-}

Proces autodysocjacji wody zachodzi w niewielkim stopniu i liczba powstających jonów oksoniowych i wodorotlenkowych jest niewielka. Najważniejsze w przypadku czystej wody jest jednak to, że stężenie jonów oksoniowych jest równe stężeniu jonów wodorotlenkowych.

pH roztworu to ujemny logarytm (o podstawie $10$ ) ze stężenia jonów oksoniowych:

pH = - \log_{10} [H_{3} O^{+}]

pOH to z kolei ujemny logarytm (o podstawie $10$ ) ze stężenia jonów wodorotlenkowych:

pOH = - \log_{10} [{OH}^{-}]

Stężenie jonów hydroniowych można obliczyć znając pH i korzystając ze wzoru:

{[H_{3} O]}^{+} = 10^{- pH}

Pamiętajmy, że w temperaturze $25 ° C$ pH i pOH spełniają zależność:

pH + pOH = 14 = p K_{w}

bg‑yellow

Odczyn roztworów

W zależności od wartości pH roztwory możemy podzielić na:

roztwory o odczynieodczynodczynie kwasowym jeżeli pH $< 7$
roztwory o odczynie obojętnym jeżeli pH $= 7$
roztwory o odczynie zasadowym jeżeli pH $> 7$

R1eRJ8myhXcpH1

Ilustracja przedstawiająca rolkę z nawiniętym papierkiem wskaźnikowym. Na wierzchu rolki skala pH od jednego do czternastu. Swoisty kolor papierka jest żółty. Od pH równego 14 zaznaczonego po lewej stronie, przy którym papierek barwi się na granatowo, dalej, idąc w prawo, pH równe dwanaście dla koloru niebieskiego. Dla koloru jasnoniebieskiego pH wynoszące dziesięć, dla ciemnozielonego pH równe dziewięć, dalej dla jasnozielonego pH wynoszące osiem. Dla pH równego siedem papierek zachowuje swoistą barwę, to jest żółtą. Następnie dla pH równego sześć barwi się na ciemnożółty kolor, przechodząc coraz bardziej w prawą stronę, dla pH pięć przyjmuje zabarwienie jasnopomarańczowe, dla pH cztery pomarańczowe, dla pH trzy ciemnopomarańczowe, dla pH równego dwa czerwone i wreszcie najbardziej po prawo dla pH wynoszącego jeden barwa ciemnoczerwona. — Ilustracja przedstawiająca zabarwienie papierka wskaźnikowego w zależności od pH roztworu.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

bg‑yellow

Jak zmierzyć pH?

Działanie pH‑metru opiera się na pomiarze siły elektromotorycznej (SEM), na podstawie której określany jest potencjał. Urządzenie to pozwala na precyzyjne określenie pH roztworu. Składa się on z elektrody oraz miernika.

Metody elektrochemiczne należą do jednych z najbardziej precyzyjnych metod pomiarowych. W trakcie pomiaru układ musi być termostatowany. Oznacza to, że temperatura podczas pomiaru jest stała.

RWdphrbBYxLvb

Zdjęcie przedstawiające zestaw do mierzenia pH znajdujący się na blacie. Elektroda jest umieszczona w zlewce z niebieskim roztworem. Na wyświetlaczu pH‑metru wartość pH równa 7.053. — Zestaw do mierzenia pH. Najważniejszym elementem pH‑metru jest elektroda połączona z mikroprocesorem.
Źródło: dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, domena publiczna.

R16rYI1MyjQcS

Rysunek przedstawiający schemat budowy elektrody. U dołu znajduje szklana membrana w kształcie bańki, która to pokryta jest warstwą żelową uwodnionej krzemionki. Wnętrze bańki wypełnia elektrolit roztwór HCl o stężeniu 0,1 mol na decymetr sześcienny i o pH równym jeden. We wspomnianym roztworze zanurzona jest elektroda, która umocowana jest na srebrnym drucie. Powyżej bańki znajduje się zwężenie, ponad którym ścianki rozszerzają się i przybiera ona walcowaty kształt, tworząc rurkę, która to mieści się drugiej rurce mającej początek od poszerzenia do góry. Druga rurka wypełniona jest roztworem KCl w niej zanurzona jest elektroda odniesienia, również na srebrnym drucie, pokryta chlorkiem srebra AgCl. W dolnej części zewnętrznej części elektrody, tej z roztworem KCl, znajduje się diafragma. — Budowa elektrody
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

bg‑gray2

Przygotowanie aparatu do pomiaru

Pierwszym krokiem potrzebnym do wykonania pomiaru pH jest kalibracja pH‑metru. Wykonywana jest ona w celu zapewnienia dokładności pomiaru, ponieważ aktywność jonów oksoniowych zależy od temperatury. Większość nowoczesnych pH‑metrów ma dodatkową opcję kompensacji temperatury, dzięki czemu wpływ temperatury jest niwelowany. Aby wykalibrować pH‑metr są nam potrzebne roztwory wzorcowe, które możemy zakupić w sklepie chemicznym lub przygotować w laboratorium roztwory buforowe Britton’a–Robinson’aroztwory buforowe Britton’a–Robinson’a.

Ważne!

Elektroda jest elementem delikatnym, dlatego trzeba postępować bardzo ostrożnie.

Aby wykonać kalibrację postępuj zgodnie z instrukcją dołączoną do pH‑metru. Zwykle procedura kalibracji przebiega w następujacy sposób:

Wyciągnij elektrodę z naczynia z wodnym roztworem chlorku potasu, w którym jest ona zanurzona, a następnie przepłucz ją wodą destylowaną. Pozostałą na szklanej bańce wodę zbierz za pomocą bibuły.
Umieść elektrodę w roztworze buforowym, tak, aby w roztworze znalazł się punkt elektrody oznaczony na rysunku jako „diafragma”.
Naciśnij przycisk kalibracji i odczekaj do momentu, aż urządzenie poinformuje cię o zakończeniu pomiaru.

W zależności od rodzaju pH‑metru możemy kalibrować go na kilka roztworów buforowych, a im więcej użytych roztworów tym dokładniejsze wyniki pomiarów. Trzeba pamiętać o tym, aby przed każdym pomiarem przepłukać elektrodę wodą destylowaną i dokładnie osuszyć.

W celu prawidłowego działania pH‑metru kalibrację należy wykonać ściśle przestrzegając instrukcji dołączonej przez producenta.

bg‑gray2

Wykonanie pomiaru

Po wykonaniu kalibracji możesz przystąpić do pomiaru.

Pamiętaj, że każdy pomiar powinien być poprzedzony przemyciem elektrody i osuszeniem zgodnie z instrukcją opisaną w czasie kalibracji. Elektrodę należy oczyścić również po jej ostatnim użyciu, a przed ponownym jej umieszczeniem w roztworze $KCl$ .

Sam pomiar polega również na zanurzeniu elektrody w analizowanym roztworze (pamiętaj o konieczności zanurzenia diafragmy). Niektóre pH‑metry wymagają dodatkowo wciśnięcia odpowiedniego przycisku rozpoczynającego pomiar.

bg‑gray2

Przykłady zastosowania pH‑metru

R1IeWRZP5hen21

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Słownik

autodysocjacja

dysocjacja elektrolityczna rozpuszczalnika amfoterycznego zachodząca z wymianą protonów między cząsteczkami rozpuszczalnika

ujemny logarytm dziesiętny ze stężenia jonów oksoniowych, wskaźnik odczynu roztworu

pH = - \log_{10} [H_{3} O^{+}]

odczyn

cecha roztworu, zależna od równowagi między jonami oksoniowymi i wodorotlenkowymi w roztworze.

jon oksoniowy (hydroniowy) HO

jednododatni jon powstający w wyniku dołączenia się do cząsteczki wody jonu wodoru

elektroda

element składowy pH‑metru, który po zanurzeniu w roztworze przesyła informację do mikroprocesora

roztwory buforowe Britton’a–Robinson’a

roztwór buforowy służący do uzyskania pH od $2$ do $12$ , składa się on z roztworów $H_{3} {BO}_{3}$ , $H_{3} {PO}_{4}$ , ${CH}_{3} COOH$ o stężeniu $0,04 \frac{mol}{{dm}^{3}}$ . W celu uzyskania pożądanego pH miareczkuje się go roztworem $NaOH$ o stężeniu $0,2 \frac{mol}{{dm}^{3}}$

$NaOH [{cm}^{3}]$	pH	$NaOH [{cm}^{3}]$	pH
$0,0$	$1,81$	$52,5$	$7,00$
$2,5$	$1,89$	$55,0$	$7,24$
$5,0$	$1,98$	$57,5$	$7,54$
$7,5$	$2,09$	$60,0$	$7,96$
$10,0$	$2,21$	$62,5$	$8,36$
$12,5$	$2,36$	$65,0$	$8,69$
$15,0$	$2,56$	$67,5$	$8,95$
$17,5$	$2,87$	$70,0$	$9,15$
$20,0$	$3,29$	$72,5$	$9,37$
$22,5$	$3,78$	$75,0$	$9,62$
$25,0$	$4,10$	$77,5$	$9,91$
$27,5$	$4,35$	$80,0$	$10,38$
$30,0$	$4,56$	$82,5$	$10,88$
$32,5$	$4,78$	$85,0$	$11,20$
$35,0$	$5,02$	$87,5$	$11,40$
$37,5$	$5,33$	$90,0$	$11,58$
$40,0$	$5,72$	$92,5$	$11,70$
$42,5$	$6,09$	$95,0$	$11,82$
$45,0$	$6,37$	$97,5$	$11,92$
$47,5$	$6,59$	$100,0$	$11,98$
$50,0$	$6,80$	—	—

Bibliografia

Atkins P., Jones L., Chemia ogólna. Cząstki, materia, reakcje, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, $2018$ .

Encyklopedia PWN

https://pl.wikipedia.org/wiki/PH-metr (dostęp: 12.08.2021).

https://www.mt.com/dam/Analytical/pH-LabMeters/me-pdf/five/30266890_Operating_Instructions_pH_Bench_F20_FP20_PL.pdf (dostęp: 12.08.2021).

Wprowadzenie

Symulacja interaktywna

Autodysocjacja wody

Odczyn roztworów

Jak zmierzyć pH?

Przygotowanie aparatu do pomiaru

Wykonanie pomiaru

Przykłady zastosowania pH‑metru

Słownik

Bibliografia