Potencjometria

Potencjometria
Potencjometria
– instrumentalna
metoda analityczna,
wykorzystująca zaleŜność pomiędzy potencjałem elektrody
wzorcowej, a aktywnością jonów lub cząstek w badanym
roztworze (elektrody wskaźnikowej).
Za pomocą miareczkowania potencjometrycznego moŜna
wyznaczyć między innymi:
•
stęŜenie roztworu,
•
pH roztworu,
•
stałe dysocjacji i iloczyny rozpuszczalności.
Pomiaru dokonuje się na dwa sposoby:
1. za pomocą pomiaru SEM (siła elektromotoryczna – róŜnica
potencjałów dwóch elektrod) i na podstawie wzoru
wyznaczenie stęŜenia,
2. na podstawie miareczkowania – badanie zmian SEM w
trakcie miareczkowania.
Równanie Nernsta:
gdzie:
a Me – aktywność jonu Men+,
n+
n – wartościowość jonu
R – stała gazowa (~8,314
)
F – stała Faradaya (~96485
)
T – temperatura bezwzględna, [K]
E0 – potencjał standardowy.
Przykładowe potencjały standardowe:
Reakcja połówkowa redukcji
E0 [V]
Ag2+ + e- → Ag+
H2O2 + 2H+ + 2e-→ 2H2O
+1,98
+1,78
Cl2 + 2e- → 2Cl-
+1,36
+
-
O2 + 4H + 4e → 2H2O
Hg2+ + 2e- → 2Hg
Ag+ + e- → Ag
Fe3+ + e- → Fe2+
O2 + 2H2O + 4e- → 4OH2H+ + 2e- → H2
3+
-
Fe + 3e → Fe
Pb2+ + 2e- → Pb
Ni2+ + 2e- → Ni
Co2+ + 2e- → Co
Fe2+ + 2e- → Fe
Zn2+ + 2e- → Zn
Al3+ + 3e- → Al
Mg2+ + 2e- → Mg
Na+ + e- → Na
K+ + e - → K
Li+ + e- → Li
+1,23
+0,79
+0,80
+0,77
+0,40
0
-0,04
-0,13
-0,25
-0,28
-0,44
-0,76
-1,66
-2,36
-2,71
-2,93
-3,05
Miareczkowanie potencjometryczne:
Technika miareczkowania polegająca na pomiarze siły
elektromotorycznej (SEM) odpowiednich elektrod zanurzonych
w badanym roztworze.
Między elektrodą wzorcową, a elektrodą wskaźnikową (o
nieznanym potencjale) ustala się napięcie o wartości zaleŜnej
od stęŜenia jonów w roztworze elektrolitu oraz procesów
zachodzących na elektrodach.
Elektroda wzorcowa – o znanym potencjale, zachowującym go
w warunkach pomiaru
Elektroda wskaźnikowa – reaguje zmianą potencjału na
obecność jonów w badanym roztworze.
Rodzaje elektrod:
Pierwszego rodzaju – odwracalne względem kationu, na
których zachodzi reakcja według równania:
Zbudowane z metalu zanurzonego w roztworze zawierającym
swoje jony.
np.: elektroda cynkowa Zn|ZnSO4,
elektroda wodorowa (platyna omywana przez wodór i
pozostająca w kontakcie z roztworem zawierającym jony
hydroniowe) Pt|H2|H3O+.
Drugiego rodzaju – odwracalne względem wspólnego anionu,
na których zachodzi reakcja według równania:
Zbudowane są z metalu pokrytego trudno rozpuszczalną solą
tego metalu, zanurzonego w roztworze dobrze rozpuszczalnej
soli zwierającej ten sam anion co sól nierozpuszczalna.
Przykład: elektroda kalomelowa Hg|Hg2Cl2|KCl
elektroda srebrowa Ag|AgCl|KCl
Trzeciego rodzaju – odwracalne względem wspólnego kationu,
na której zachodzi reakcja według równania:
Zbudowane są z metalu pokrytego warstwą trudno
rozpuszczalnej soli, zanurzonego w soli lepiej rozpuszczalnej,
zawierającej ten sam anion.
Przykład: elektroda ołowiowa Pb|PbC2O4||CaC2O4|Ca2+
Redoks – w rzeczywistości na kaŜdej z elektrod zachodzą
reakcje redoks. Tę grupę wyróŜniono jednak, gdyŜ obie formy
– utleniona i zredukowana – znajdują się w roztworze, a
przewodnik metaliczny słuŜy jedynie do przenoszenia
elektonów.
Przykład: elektroda chinhydronowa – blaszka platynowa
zanurzona w roztworze chinhydronu (C6H4O2·C6H4(OH)2)
Elektrody tlenowe – zbudowane z metalu pokrytego warstewką
tlenku tego metalu.
Przykład: Sb|Sb2O3|H3O+
Jonoselektywne
elektrody
membranowe
–
cechą
charakterystyczną elektrod jest obecność membrany stałej lub
ciekłej, które selektywnie oddziałują z pewnymi jonami.
Potencjał takiej elektrody zaleŜy wyłącznie od aktywności
jednego jonu. Najczęściej uŜywane obecnie elektrody.
Selektywność w tym przypadku odznacza silniejsze, niŜ dla
innych typów elektrod, uzaleŜnienie potencjału elektrody od
stęŜenia (aktywności) tylko jednego rodzaju jonu.
Przykład: elektroda szklana do mierzenia pH roztworu.
Wyznaczanie potencjału standardowego elektrody cynkowej:
Metody wyznaczania PK miareczkowania potencjometrycznego
metoda środkowej
stycznej
metoda pierwszej
pochodnej
metoda drugiej
pochodnej
Imię i nazwisko:
Data wykonania ćwiczenia:
Grupa:
Data oddania sprawozdania:
Ocena:
Temat:
1. Wstęp teoretyczny:
Wyjaśnij pojęcia:
•
potencjometria (definicja, zastosowanie),
•
siła elektromotoryczna ogniwa,
•
równanie Nernsta,
•
miareczkowanie potencjometryczne,
•
rodzaje elektrod (krótki opis – 1 zdanie i reakcje
zachodzące na elektrodzie)
•
metody wyznaczania PK miareczkowania
potencjometrycznego
2. Przebieg ćwiczenia:
Wszystkie etapy po kolei w punktach, jak było wykonywane
ćwiczenie.
3. Opracowanie wyników:
•
uzyskane wyniki miareczkowania zanotować w
tabeli,
•
wyznaczyć punkt końcowy miareczkowania na
papierze milimetrowym sposobem środkowej stycznej
oraz pierwszej pochodnej.
4.Wnioski:
• ile kwasu znajduję się w badanym roztworze lub jakie
jest jego pH (w zaleŜności od ćw),
• czy pomiar został prawidłowo wykonany – uzasadnij.