Σχήµα I-1: Συνδυασµένο ηλεκτρόδιο

Transcript

1 ΠΡΟΣΑΡΤΗΜΑ I I-1. Συνδυασµένο Ηλεκτρόδιο Το ηλεκτρόδιο που θα χρησιµοποιηθεί, περιλαµβάνει σε µια γυάλινη κατασκευή, ένα ηλεκτρόδιο υάλου και ένα ηλεκτρόδιο αναφοράς (Ag/AgCl) βλ. σχήµα I-1. Η λεπτή γυάλινη φούσκα Α και ο στενός σωλήνας Β στον οποίο είναι προσαρτηµένη, είναι γεµισµένα µε HCl και περιέχουν ένα Ag/AgCl ηλεκτρόδιο (C). Ο ευρύς σωλήνας D είναι ενωµένος µε το κάτω µέρος του σωλήνα Β και περιέχει περιέχει ένα σύρµα Ag/AgCl (Ε) που βρίσκεται βυθισµένο σε διάλυµα που είναι κορεσµένο σε KCl και ΑgCl. Υπάρχει επίσης και ηλεκτρολυτική επαφή του εσωτερικού του D µε το υπό µέτρηση διάλυµα µέσω του πορώδους διαφράγµατος G. Το F είναι οπή, που επιτρέπει την επαφή του εσωτερικού του ηλεκτροδίου µε τον ατµοσφαιρικό αέρα ώστε να επιτρέπει, όταν είναι ανοικτή, να επικοινωνεί ηλεκτρολυτικά το κορεσµένο ΚCl µε το υπό µέτρηση διάλυµα. Σχήµα I-1: Συνδυασµένο ηλεκτρόδιο 1

2 I-2. Πεχάµετρο Το όργανο µέτρησης του ph που θα χρησιµοποιηθεί, σχήµα I-2, είναι προγραµµατισµένο ώστε να δίνει και σε µονάδες ph τη διαφορά δυναµικού (mv) του συνδυασµένου ηλεκτροδίου. H επιλογή της επιθυµητής µονάδας µέτρησης γίνεται πατώντας το πλήκτρο µε την ένδειξη [mv/ph]. Το δυναµικό εµφανίζεται σε µία οθόνη υγρών κρυστάλλων (LCD). Καθώς το ph εξαρτάται από την θερµοκρασία, το πεχάµετρο είναι εφοδιασµένο και µε αισθητήριο θερµοκρασίας το οποίο βυθίζεται στο υπό µέτρηση διάλυµα, ώστε η τιµή του ph να διορθώνεται αυτόµατα. Η τιµή της θερµοκρασίας, σε ο C, εµφανίζεται επίσης σε µια LCD οθόνη. Αν για οποιοδήποτε λόγο δεν χρησιµοποιηθεί το αισθητήριο (π.χ. είναι χαλασµένο), τότε η θερµοκρασία πρέπει να µετρηθεί µε ένα αλλο θερµόµετρο ακριβείας και η τιµή της να εισαχθεί στο πεχάµετρο µε τη χρήση των [ ], [ ]. Το [CAL] και [CON] χρησιµοποιούνται κατά την διάρκεια της βαθµονόµησης του οργάνου, µε τη βοήθεια προτύπων ρυθµιστικών διαλυµάτων. Σχήµα I-2: Πεχάµετρο I-3. Λειτουργία του Πεχάµετρου 1. Προσθήκη νερού από τη βρύση σε ποτήρι ζέσεως των 100 ml. Προσθήκη µαγνήτη στο διάλυµα και τοποθέτηση του διαλύµατος στο µαγνητικό αναδευτήρα. 2. Αφαίρεση του ελαστικού πώµατος από την οπή F (Σχήµα I-1). 3. Βύθιση του συνδυασµένου ηλεκτροδίου και του αισθητηρίου θερµοκρασίας στο ποτήρι ζέσεως. ΠΡΟΣΟΧΗ: Η φούσκα του ηλεκτροδίου να είναι σε τέτοια απόσταση 2

3 από τον πυθµένα, ώστε να µη την χτυπήσει ο µαγνήτης κατά την ανάδευση. Το πορώδες διάφραγµα του ηλεκτροδίου πρέπει να βρίσκεται µέσα στο διάλυµα. 4. Ενεργοποίηση του µαγνητικού αναδευτήρα και πεχαµέτρου (πατώντας το ON). 5. Καταγραφή της τιµής του ph, της αντίστοιχης τιµής σε mv και της θερµοκρασίας κάθε 3 λεπτά και για χρονικό διάστηµα 15 λεπτών. 6. Εξηγείστε πιθανή µεταβολή της τιµής του ph. I-4. Ηλεκτρόδιο Αναφοράς µε Γέφυρα Αλατος Το ηλεκτρόδιο που θα χρησιµοποιηθεί (σχήµα I-3) περιλαµβάνει σε µια πλαστική κατασκευή σύρµα Ag/AgCl (Α) βυθισµένο σε διάλυµα κορεσµένο σε KCl και σε ΑgCl (Β) ενώ στον πυθµένα έχει ένα πορώδες διάφραγµα (C). Υπάρχει και οπή (D) που επιτρέπει την επαφή του εσωτερικού του ηλεκτροδίου µε τον ατµοσφαιρικό αέρα ώστε να µπορεί, όταν είναι ανοικτή, να επικοινωνεί ηλεκτρολυτικά το κορεσµένο ΚCl µε το υπό µέτρηση διάλυµα. Επειδή χλωριόντα από το εσωτερικό του ηλεκτροδίου διαρρέουν προς το διάλυµα και είναι πιθανό να επηρεάσουν το αποτέλεσµα της τιτλοδότησης αυξάνοντας τη συγκέντρωση των χλωριόντων του, είναι απαραίτητο να παρεµβληθεί µια γέφυρα άλατος µεταξύ του ηλεκτροδίου αναφοράς και του διαλύµατος. Στο εσωτερικό της γέφυρας υπάρχει κορεσµένο διάλυµα ΚΝΟ 3 (E). Η ηλεκτρολυτική επαφή επιτυγχάνεται µέσω ενός πορώδους γυάλινου διαφράγµατος (F). Σχήµα I-3: Ηλεκτρόδιο αναφοράς Ag/AgCl µε γέφυρα άλατος 3

4 I-5. Πολύµετρο Ενα ηλεκτρονικό πολύµετρο µε ψηφιακή ένδειξη, θα χρησιµοποιηθεί για τη µέτρηση της διαφοράς δυναµικού µεταξύ του σύρµατος αργύρου και του ηλεκτροδίου αναφοράς. I-6. Λειτουργία του Πολύµετρου 1. Προσθήκη νερού από τη βρύση σε ποτήρι ζέσεως των 100 ml. Προσθήκη µαγνήτη στο διάλυµα και τοποθέτηση του διαλύµατος στο µαγνητικό αναδευτήρα. 2. Βύθιση του ηλεκτροδίου αναφοράς µε τη γέφυρα άλατος (αφού αφαιρεθούν οι ταινίες που κλείνουν τις οπές του ηλεκτροδίου), του σύρµατος αργύρου και του αισθητηρίου θερµοκρασίας στο ποτήρι ζέσεως. 3. Σύνδεση τους µε το πολύµετρο. 4. O επιλογέας/διακόπτης του πολύµετρου στη θέση 2V. 5. Ενεργοποίηση του µαγνητικoύ αναδευτήρα. 6. Καταγραφή της τιµής του δυναµικού, σε mv, και της θερµοκρασίας κάθε 3 λεπτά και για χρονικό διάστηµα 15 λεπτών. 7. Κλείσιµο του µαγνητικού αναδευτήρα και πολυµέτρου (OFF). 8. Εξηγείστε πιθανή µεταβολή της τιµής του δυναµικού. I-7. Προσδιορισµός Ισοδύναµου Σηµείου Η καµπύλη τιτλοδότησης έχει συνήθως την S µορφή. Το ΙΣ βρίσκεται στο απότοµα αυξανόµενο τµήµα της καµπύλης. Αν και στην καµπύλη υπάρχει ένα τµήµα όπου η απότοµη αύξηση είναι ευκρινής, το ΙΣ που βρίσκεται στό µέσο της απότοµης αύξησης δεν µπορεί να προσδιορισθεί επακριβώς εκτός και αν η καµπύλη έχει καταγραφεί αυτόµατα. Αυτό συµβαίνει γιατί η ακρίβεια των αποτελεσµάτων εξαρτάται από το τρόπο µε τον οποίο χρησιµοποιούνται τα πειραµατικά σηµεία για να σχεδιασθεί η καµπύλη. Μερικές συνηθισµένες µέθοδοι προσδιορισµού του ΙΣ περιγράφονται στη συνέχεια. α) Μέθοδος της Κατασκευής: Χρησιµοποιείται για συµµετρικές καµπύλες. Πρέπει να υπάρχει απότοµη κλίση στο ΙΣ και ευθείες γραµµές πριν και µετά από το ΙΣ. Τα βήµατα προσδιορισµού σύµφωνα µε αυτή την µέθοδο είναι (σχήµα I-4): 1. Προέκταση το πιο ευθέως τµήµατος (1) της καµπύλης που αντιστοιχεί στην αύξηση του 4

5 ph. 2. Προέκταση µε ευθεία γραµµή (2) του τελικού τµήµατος της καµπύλης, ώστε η τοµή της µε την 1 να δηµιουργήσει το Α. 3. ηµιουργία του Β µε τον ίδιο τρόπο. 4. Χάραξη παράλληλης προς τον άξονα του ph ευθείας που να περιλαµβάνει το Α. 5. Χάραξη παράλληλης προς τον άξονα του ph ευθείας που να περιλαµβάνει το Β. 6. Προσδιορισµός του C µε την χάραξη χαράζοντας της παράλληλης στον άξονα του όγκου ευθείας που περιλαµβάνει το Β. 7.Προσδιορισµός του D µε την χάραξη χαράζοντας της παράλληλης στον άξονα του όγκου ευθείας που περιλαµβάνει το A. 8. Σύνδεση των C και D µε ευθεία γραµµή. Η τοµή µε την 1 είναι το ΙΣ. Σχήµα I-4. Μέθοδος της Κατασκευής β) Μέθοδος Εφαπτοµένων: Αυτή µπορεί να χρησιµοποιηθεί για καµπύλες, που δεν έχουν ευθεία τµήµατα, πριν και µετά το ΙΣ. Η εφαρµογή της µέθοδου απαιτεί την χρήση ενός διαφανούς πλαστικού φύλλου µε παράλληλες ευθείες (χρωµατισµένες ανά ζεύγη), µε µια σχισµή στο κέντρο αρκετά µεγάλη, ώστε να µπορεί να περάσει µολύβι (σχήµα I-5). Το διαφανές πλαστικό φύλλο χρησιµοποιείται για την εύρεση των εφαπτόµενων γραµµών στις καµπύλες πριν και µετά το ΙΣ. Η σχισµή τέµνει την καµπύλη στο ΙΣ. 5

6 Σχήµα I-5. Μέθοδος των Εφαπτοµένων γ) Μέθοδος Εφαρµογής των Κύκλων: Ενα διαφανές πλαστικό φύλλο µε σχεδιασµένους κύκλους διαφορετικής διαµέτρου, είναι χρήσιµο για αυτή την µέθοδο. Σηµειώνονται τα σηµεία που µπορούν να χρησιµοποιηθούν ως κέντρα των κύκλων που έχουν την αυτή καµπυλότητα, όπως τα τµήµατα πριν και µετά το ΙΣ. Τα κέντρα ενώνονται µε µια ευθεία. Η τοµή της ευθείας µε την καµπύλη τιτλοδότησης είναι το ΙΣ (σχήµα I-6). 6

7 Σχήµα I-6. Μέθοδος Εφαρµογής των Κύκλων δ) Μέθοδος της Παραγώγου: Συνήθως το ΙΣ προσδιορίζεται από τη γραφική παράσταση της πρώτης ( Ε/ V έναντι του V µέσο (µέση τιµή δύο διαδοχικών τιµών όγκου)) και δεύτερης παραγώγου ( 2 Ε/ V 2 έναντι του V µέσο ) της καµπύλης. Η πρώτη παράγωγος δίνει το ΙΣ στο µέγιστο σηµείο της γραφικής παράστασης, ενώ η δεύτερη παράγωγος στο ΙΣ είναι µηδέν (σχήµα I-7). Σχήµα I-7: Ποτενσιοµετρική τιτλοδότηση (a), πρώτη (b) και δεύτερη (c) παράγωγος 7

8 ε) Μέθοδος της Γραφικής Παράστασης του Gran: Η γραφική παράσταση του αντιλογαριθµού (Ε x nf/2.303 RT) [10 E(nF/2.303RT) ] έναντι του όγκου του τιτλοδοτητή, είναι ευθεία γραµµή η οποία επεκτεινόµενη τέµνει τον οριζόντιο άξονα σε σηµείο που αναλογεί µε τον όγκο του τιτλοδοτητή, που χρειάζεται για το ΙΣ. Όταν στο σχεδιασµό της γραφικής παράστασης χρησιµοποιηθούν τα πειραµατικά αποτελέσµατα που αφορούν το τελευταίο 20 % του όγκου του ΙΣ η ακρίβεια της µεθόδου είναι η καλύτερη δυνατή. 8