Контроль фізичних властивостей та складу речовини, страница 6

Вимірювання величини рН.   Кислі та лужні розчини з малими  концентраціями  водних  іонів /10(-1), 10(-2),...10(-4) моль/л/  виражають  показником  ступеня концентрації іонів, взятій з оберненим знаком, і позначають  символом рН:                     рН = lgСн+,        або                Сн+ = 10(-рН)   Шкала рН водяного розчину при 25`С:  рН       

│ 0 1 2 3 4 5 6     7                               8 9 10 11 12 13 14 ────────────┼──────────────────────────────────────────────────────      середовище          │кислий розчин                  нейтральний                лужний розчин                    розчин  

Величина рН визначається  шляхом  вимірювання  різниці  потенціалів між вимірювальним електродом, для якого  характерна  рН  -функція, та електродом порівняння, занурених в  аналізуємий  розчин. Використовують для цього рН – метри. У ролі індикатора електроду для  вимірювання  рН  застосовують скляний мембранний електрод із рН - функцією.   Скляний мембранний електрод являє собою товстостінну трубку на кінці якої знаходиться кулька з тонкого /0,1  мм/  гідроскопічного скла приблизно складу:  22%  Na2О,  6%СаО  і  72%  SiO2/мембрана/. Вона здатна гідратуватися.   Кулька заповнена розчином соляної кислоти відомої концентрації/часто 0,1 М/.У цей розчин занурена покрита хлоридом срібла  про-волочка, яка служить зовнішнім виводом до одного з полюсів  рН  -метра. Ця частина скляного електроду нечутлива до іонів водню, а є напівелементом порівняння /електродом порівняння І  -  допоміжним електродом /.   Гідратація скляної мембрани  кульки  супроводжується  обмінною реакцією між іонами натрію скла і іонами  водню  води. Гідратовані шари зовнішньої і внутрішньої  поверхонь  кульки  майже  виключно складаються  з  гелю  кремнієвої  кислоти   й            можуть    досягти10(-5)-10(-4) мм; на внутрішній стороні кульки гелю  всі  пустоти зайняті іонами водню.   При зануренні гідратованого  в  розчин,  активність  іонів  Н+відрізняється від активності іонів Н+ у кислоті,  що  знаходяться всередині мембрани. Так, в шарі сухого скла переміщуються іони Nа+і Н+.Все це призводить до того, що на кожній з поверхонь  розділу геля й розчину проходить перенесення протонів: від гелю до розчину або від розчину до гелю. Внаслідок цього  виникають  потенціали відповідно Е1/на поверхні розділу гель - розчин кислоти всерединікульки / та Еx/ на поверхні розділу - досліджуємий розчин/,  причому значення Еx змінюється зі зміною рН цього розчину.   У ролі електроду порівняння П є, як правило, насичений хлор  - срібний електрод. Він підключається до другого полюсу Рн - метра.   Таким чином, у  досліджуємий  розчин  занурюють  вимірювальний індикаторний рН - електрод, який має в  своєму  складі  напівелемент електроду порівняння /електрод порівняння І/,  розміщений  в розчин з відомою постійною активністю іонів Н+, і скляну  мембрану, яка відділила цей розчин від аналізуємого розчину.   ЕРС одержаного гальванічного елементу  /рис.6.8/  являє  собою алгебраїчну суму потенціалів, що виникають на  окремих  поверхнях розділу фаз: електрод порівняння І - розчин соляної  кислоти,  що знаходиться всередині кульки /Е1/; розчин кислоти - внутрішня поверхня мембрани /Е2/; зовнішня поверхня  мембрани  -  аналізуємийрозчин /Еx/; досліджуємий розчин - електрод порівняння П /Е3/.                    ЕРС = Е1+Е2+Е3+Еx   Значення  Е1,Е2,Е3 - величини,   практично        постійні. Значить вимірюване  значення  ЕРС,  яке  дорівнює  Еx,  є  функцією    рН аналізуємого розчину.   У ролі вимірюваного ЕРС пристрою в автоматичних  рН-метрахнайчастіше використовують потенціометри.   Живлення мостової схеми проводиться стабілізованою напругою  Uст. Нульовий індикатор фіксує різницю між Еx і компенсаційною напругою U комп., в діагоналі ав й виробляє сигнал розбалансу,  який керує реверсійним двигуном РД. РД переміщає движок реохорда до моменту рівноваги Еx та комп. Одночасово переміщається  й  показуючи стрілка.