Měření pH
Úvod:
Pomocí stupnice pH se vyjadřuje kyselost a zásaditost libovolného roztoku. Hodnota pH (potential of hydrogen) vyjadřuje aktivitu, respektive, koncentraci oxoniových kationtů. Roztok je neutrální, pokud je pH = 7, kyselý, pokud je pH < 7 a zásaditý při pH > 7.
Výpočet pH:
U velmi zředěných roztoků se pro výpočet pH často používá zjednodušený vztah:
Pro výpočet pH silných jednosytných kyselin (HA) platí, že pH je rovno zápornému přirozenému logaritmu koncentrace kyseliny (cA) v roztoku. Dle definice platí:
Pro výpočet pH vícesytných kyselin se pak násobí koncentrace kyseliny počtem vodíků v kyselině. Obdobně lze definovat pH silných zásad. Protože platí:
potom pH silné jednosytné zásady B vypočteme dle vztahu:
Pro výpočet pH slabých kyselin platí tento vztah:
kde cA vyjadřuje koncentraci kyseliny a pKa je disociační konstanta kyseliny. Je třeba vzít v potaz, že disociace neprobíhá u slabých kyselin a zásad zcela, jako je tomu u silných kyselin a zásad.
Měření pH:
Zařízení pro měření pH by mělo být citlivé na vodíkové ionty H+(H3O+), jejichž koncentrace v roztoku udává hodnotu pH. Pro tato měření se v praxi používá skleněná elektroda - pbrázek níže. Tenkostěnná skleněná membrána, tvořící baničku na konci skleněné elektrody, je citlivá na vodíkové ionty. Při ponoření elektrody do měřeného roztoku dojde ke vzniku potenciálového rozdílu. Pokud bychom sledovali pouze potenciál měrné elektrody, nemůžeme ještě určit pH roztoku. Pro určení je potřeba další elektroda, tzv. referenční elektroda. Pro stanovení potřebujeme rozdílný (diferenční) potenciál obou elektrod. Odezva měrné elektrody je závislá na koncentraci vodíkových iontů H+, čímž poskytuje informaci a kyselosti/zásaditosti roztoku. Naopak referenční elektroda tuto informaci neposkytuje. Referenční elektroda je zdrojem konstantního potenciálu, ke kterému se pak vztahuje potenciál měrné elektrody. Potenciál mezi dvěma elektrodami určuje množství vodíkových iontů H+, který pak definuje pH roztoku.
Obr. Skleněná elektroda.