Μέτρηση ph διαλυμάτων καθημερινή χρήσης με την βοήθεια δεικτών και πεχαμετρικού χαρτιού Η τιμή του ph ενός διαλύματος εξαρτάται από την συγκέντρωση των υδρογονοκατιόντων του [Η+]. Ορίζεται σαν τον αρνητικό δεκαδικό λογάριθμο της συγκέντρωσης των υδρογονοκατιόντων του [Η+] δηλ. ph = - log[h+] Στην κλίμακα 0 έως 14 του ph, εάν ένα διάλυμα έχει ph<7 χαρακτηρίζεται ως όξινο, εάν έχει ph>7 τότε λέμε ότι έχει βασικές ή αλκαλικές ιδιότητες και τέλος εάν το ph=7 χαρακτηρίζεται ως ουδέτερο. Η μέτρηση του ph γίνεται με τη χρήση κατάλληλων δεικτών (δείκτες οξέων-βάσεων ή πρωτολυτικοί δείκτες), με τη βοήθεια πεχαμετρικού χαρτιού ή τέλος με τη χρήση ψηφιακού πεχαμέτρου που δίνει και τις ακριβέστερες μετρήσεις. Δείκτης είναι ένα ασθενές οργανικό οξύ του οποίου η συζυγής βάση εμφανίζει διαφορετικό χρώμα (ή μια ασθενής οργανική βάση της οποίας το συζυγές οξύ έχει διαφορετικό χρώμα). Έτσι όταν σ ένα διάλυμα προσθέσουμε δείκτη αυτός το χρωματίζει και επιπλέον παρατηρούμε αλλαγή του χρώματός του συναρτήσει της τιμής του ph. Επειδή ο δείκτης προστίθεται στο διάλυμα σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις (1-2 σταγόνες) η ειδική οξύτητα ή βασικότητά του δεν επηρεάζει το ph του διαλύματος. Μεταβολή του χρώματος των δεικτών 1
1ο Πείραμα Απαιτούμενα όργανα: Διαφάνεια και φύλλο παρατηρήσεων με πίνακα όπου αναγράφονται όλα τα απαιτούμενα αντιδραστήρια. Απαιτούμενα αντιδραστήρια: 1. Δείκτες (Φαινολοφθαλεΐνη, Ηλιανθίνη, Βάμμα Ηλιοτροπίου, Μπλε της Θυμόλης, δείκτης «Κόκκινο Λάχανο») και πεχαμετρικό χαρτί 2. Διαλύματα καθημερινής χρήσης ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ 1) Τοποθετούμε ένα κομματάκι πεχαμετρικού χαρτιού (περίπου 1cm) σε κάθε κουτάκι της αντίστοιχης στήλης της διαφάνειας με τον πίνακα των αντιδραστηρίων. 2) Σε κάθε κουτάκι του πίνακα ρίχνουμε 1-2 σταγόνες από το διάλυμα που αναγράφεται στην πρώτη κάθετη στήλη. Στην τελευταία στήλη ρίχνουμε τις σταγόνες πάνω στο πεχαμετρικό χαρτί. 3) Ρίχνουμε 1 σταγόνα από τον κάθε δείκτη της πρώτης οριζόντιας σειράς πάνω στο διάλυμα που έχουμε ρίξει προηγουμένως. 4) Καταγράφουμε το χρώμα των δεικτών στον πίνακα παρατηρήσεων καθώς και το χρώμα των πεχαμετρικών χαρτιών. 5) Συγκρίνουμε το χρώμα που απέκτησε το πεχαμετρικό χαρτί με τα χρώματα της έγχρωμης κλίμακας που υπάρχει στο κουτί του πεχαμετρικού χαρτιού. Σημειώνουμε στον πίνακα παρατηρήσεων την τιμή ph που αντιστοιχεί στο συγκεκριμένο χρώμα. 6) Αφού καταγράψουμε τις παρατηρήσεις μας στο πίνακα παρατηρήσεων, σκουπίζουμε προσεκτικά την διαφάνεια με χαρτί κουζίνας και την πετάμε στον κάδο απορριμμάτων. 2
3
4
Πίνακας παρατηρήσεων Φαινολοφθαλεΐνη (χρώμα) Ηλιανθίνη (χρώμα) Βάμμα Ηλιοτροπίου (χρώμα) Χυμός λεμονιού Απιονισμένο νερό Διάλυμα χλωρίνης σε νερό Ξύδι Υγρό καθαρισμού για τα τζάμια Διάλυμα μαγειρικής σόδας σε νερό Υγρό καθαρισμού για άλατα μπάνιου Σαπουνόνερο 5 Μπλε Θυμόλης (χρώμα) Δείκτης «Κόκκινο Λάχανο» (χρώμα) ph μετρικό χαρτί (τιμή ph)
2ο Πείραμα Απαιτούμενα όργανα: 1. 8 δοκιμαστικοί σωλήνες και στατώ 2. Ογκομετρικός κύλινδρος 10 ml 3. Γυάλινη ράβδος ανάδευσης Απαιτούμενα αντιδραστήρια: 1. Τρία διαλύματα Α, Β, Γ, με «άγνωστο» ph. 2. Τέσσερα διαλύματα, σε πλαστικά σταγονομετρικά φιαλίδια, με τιμές ph: 2, 7, 9 και 13 αντίστοιχα. 3. Εκχύλισμα δείκτης κόκκινου λάχανου. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ 1) Σχεδιάσετε ένα πείραμα, γράφοντας τη διαδικασία που θα ακολουθήσετε για να προσδιορίσετε το ph των «άγνωστων» διαλυμάτων Α, Β, Γ. 2) Πραγματοποιήσετε το πείραμα που σχεδιάσατε και καταγράψτε τα αποτελέσματά του στον παρακάτω πίνακα Άγνωστου διαλύματος Α Άγνωστου διαλύματος Β Άγνωστου διαλύματος Γ ph 3) Τοποθετήστε σε έναν δοκιμαστικό σωλήνα 5 ml του διαλύματος με ph=2. Υπολογίστε τον όγκο (ml) του διαλύματος με ph=13, που απαιτείται για να εξουδετερώσει πλήρως τα 5 ml του διαλύματος με ph=2 (να λάβετε υπόψη σας ότι κάθε σταγόνα διαλύματος από πλαστικό σταγονομετρικό φιαλίδιο έχει όγκο 0,05 ml); 6
3ο Πείραμα Μέτρηση του ph με τη βοήθεια ψηφιακού πεχαμέτρου Απαιτούμενα όργανα: 1. Ψηφιακό πεχάμετρο με τα παρελκόμενά του 2. Οκτώ ποτήρια ζέσεως των 100mL Απαιτούμενα αντιδραστήρια: 1. Διαλύματα καθημερινής χρήσης προς προσδιορισμό του ph τους 1) Θέστε σε λειτουργία το ψηφιακό πεχάμετρο. Βαθμονομήστε το με τη βοήθεια των συνοδευτικών του ρυθμιστικών διαλυμάτων και με βάση τις οδηγίες του εγχειριδίου χρήσης του. 2) Βυθίστε το ηλεκτρόδιο του ψηφιακού πεχαμέτρου μέσα στο υπό εξέταση διάλυμα και διαβάστε την τιμή του ph στην ψηφιακή του οθόνη. ph=. 3) Επαναλαμβάνετε το βήμα 2 για όλα τα διαθέσιμα διαλύματα, υπολογίζοντας με τη βοήθεια του ψηφιακού πεχαμέτρου την τιμή ph καθενός από αυτά. (θα πρέπει πριν από κάθε μέτρηση να ξεπλένουμε πολύ καλά το ηλεκτρόδιο του ψηφιακού πεχάμετρου) 7
ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Οξεοβασικοί δείκτες οξυμετρίας αλκαλιμετρίας * Τα διαλύματα των δεικτών αυτών πρέπει να περιέχουν 0,05-0,10g στερεής ουσίας ανά 100mL διαλύτη. Όπου χρησιμοποιείται διάλυμα αιθανόλης νερού, συνίσταται πρώτα η διάλυση του στερεού στην αιθανόλη (95%) και στη συνέχεια η προσθήκη της κατάλληλης ποσότητας νερού. Θα πρέπει ακόμα, να εξετάζεται το pη του νερού που χρησιμοποιείται για τη διάλυση του δείκτη. Αποσταγμένο νερό με περιεκτικότητα 0,03% σε CΟ 2 έχει pη = 5,7 ενώ μετά από πρόσφατη απόσταξη έχει pη κοντά στο 7. 8
Δείκτες φθορισμού Φθορισμός είναι το φαινόμενο εκπομπής δευτερογενούς ακτινοβολίας (φωταύγειας) σε χαρακτηριστικό μήκος κύματος, κατά την ηλεκτρονική αποδιέγερση φωτοδιεγερμένων μορίων. Μια ουσία για να εμφανίσει το φαινόμενο του φθορισμού πρέπει το μόριό της να έχει τέτοια δομή ώστε να απορροφά ακτινοβολία στο ορατό ή το κυρίως υπεριώδες φως. Κατά κανόνα φθορίζουν ενώσεις που περιέχουν αρωματικούς δακτυλίους ή πολλαπλούς συζυγείς διπλούς δεσμούς. Τον φθορισμό των μορίων τον επηρεάζει επίσης η παρουσία υποκαταστατών στο μόριο. Συγκεκριμένα η ύπαρξη πυρηνόφιλων υποκαταστατών όπως -ΝΗ 2, -ΟΗ ενισχύουν την ικανότητα φθορισμού ενώ ηλεκτρονιόφιλων όπως -COOH, ΝΟ2 μειώνουν ή και εξαλείφουν τελείως το φθορισμό. Εκτός από τη δομή των μορίων τον φθορισμό του επηρεάζουν και άλλοι παράγοντες όπως η παρουσία ξένων μορίων, ο διαλύτης, η συγκέντρωση και το pη. Το pη επηρεάζει έντονα τον φθορισμό σε περιπτώσεις μοριακών ουσιών που σε διάλυμά τους βρίσκονται σε ισορροπία με τα ιόντα τους. Έχει διαπιστωθεί ότι η μοριακή ή η ιοντική μορφή τους μπορεί να φθορίζει ισχυρότερα ή κατ αποκλειστικότητα. Με βάση την παρατήρηση αυτή, ρυθμίζοντας καταλλήλως το pη, μπορούμε να ευνοήσουμε ή να αναστείλουμε το φθορισμό. Ως εκ τούτου ορισμένες από τις ουσίες αυτές, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως δείκτες σε ογκομετρήσεις εξουδετέρωσης γιατί φθορίζουν μόνο σε ορισμένες περιοχές pη. Οι δείκτες φθορισμού σε σχέση με τους οξεοβασικούς δείκτες οξυμετρίας -αλκαλιμετρίας έχουν το πλεονέκτημα ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό του pη ή του ισοδύναμου σημείου σε θολά ή έγχρωμα διαλύματα όπως κρασιά, χυμοί φρούτων καθώς και σε προϊόντα οργανικής σύνθεσης. Η β-ναφθόλη π.χ. είναι κατάλληλη για την οξυμέτρηση χυμών. Ορισμένοι δείκτες φθορισμού* 9
Tο χρωματολόγιο αναφοράς ph που βρίσκεται πάνω στο κουτί συσκευασίας του πεχαμετρικού χαρτιού (Merck) και είναι βαθμονομημένο σε κλίμακα από 0 έως 14. Το ph είναι μια σημαντική μεταβλητή στην εκτίμηση της ποιότητας του νερού καθώς επηρεάζει πολλές βιολογικές και χημικές διεργασίες που συμβαίνουν μέσα στο νερό καθώς και όλες τις διεργασίες που σχετίζονται με την επεξεργασία και την προμήθεια νερού. Επιθυμητό ph πόσιμου νερού από 6,5 έως 8,5. ΠΗΓΗ: Ποσοτική Αναλυτική Χημεία Εργαστηριακές Ασκήσεις, Βλάσης Χ. Γκέρκης, Βασιλεία Ι. Σινάνογλου κ.α., ΤΕΙ Αθήνας Σχολή Τεχνολογίας Τροφίμων και Διατροφής, Αθήνα 2013 10