Měření pH

Měření pH

Vstupní předpoklady

• pH silných kyselin a zásad
• pH slabých kyselin a zásad
• hydrolýza solí
• pK_A a pK_B
• potenciometrie

Kyselost, zásaditost, pH

Kyselost a zásaditost roztoků je jednou z jejich základních vlastností. Kyselost a zásaditost je způsobena rozdílnou koncentrací oxoniových kationů a hydroxydových anionů. Roztoky ve kterých je vyšší koncentrace H₃O⁺ jsou kyselé, roztoky s vyšší koncentrací iontů OH^- jsou zásadité. Nejběžněji využívanou formou vyznačující kyselost či zásaditost je stupnice pH. Problematice pH se věnujeme v kapitole potenciometrie.
Stupnice pH přímo souvisí s koncentrací iontů H₃O⁺. pH = -log c (H₃O⁺)
Naprosto čistá voda má reakci neutrální, iontů H₃O⁺ je stejná koncentrace jako iontů OH^-. Koncentrace obou iontů je c = 10^-7mol.l^-1.

Kyselé roztoky pH < 7

Kyselé roztoky obsahují látky, které zvyšují koncentraci H₃O⁺
•    Silné kyseliny (HCl, H₂SO₄)
•    Slabé kyseliny (H₃PO₄, CH₃COOH)
•    Soli silných kyselin a slabých zásad (NH₄Cl, CuSO₄)
•    Soli slabých kyselin s vyšší hodnotou pK_A kyseliny tvořící aniont, než pK_B zásady tvořící kationt. (např. NH₄H₂PO₄, octan anilinu)

Zásadité roztoky pH > 7

zásadité roztoky obsahují látky, které snižují koncentraci H3O+
•    Silné zásady (NaOH, KOH)
•    Slabé zásady (NH₃, pyridin)
•    Soli slabých kyselin a silných zásad (NaHCO₃, Na₃PO₄)
•    Soli slabých kyselin s nižší hodnotou pK_A kyseliny tvořící aniont, než pK_B zásady tvořící kationt. (např. (NH₄)₃PO₄, Pb(CH₃COO)₂)

Možnosti určení pH

•    Acidobazické indikátory
•    Elektrochemické metody

Acidobazické indikátory

Většina indikátorů mění zbarvení v určitém rozmezí pH. Toto rozmezí se nazývá meze přechodu. Některé směsi indikátorů např. univerzální indikátor mění zbarvení v průběhu široké oblasti. Podle porovnání barev se vzorkovníkem lze určit přibližné hodnoty pH. K přibližnému určení pH takto slouží univerzální indikátorový papírek, tzv. pH papírek. Rozsah univerzálního pH papírku bývá široký, pH 0-12 či 0-14. Přesnost takového měření je však mnohdy nedostatečná. Výhodou indikátorů a papírků s indikátory je nenáročnost a dostupnost.

Elektrochemická měření

Nejběžnější elektrochemickou metodou pro určení pH je potenciometrie. Při potenciometrii sestavujeme článek z měrné elektrody, citlivé na koncentraci H₃0⁺ a z elektrody referentní. Měříme vznikající napětí článku při nulovém proudu.
Měřícím zařízením je pH metr (voltmetr s vysokým odporem a přepočtem na stupnici pH).
Jako měrnou elektrodu můžeme použít 3 typy elektrod.

•    vodíkovou
•    chinhydronovou
•    skleněnou (ISE elektrodou)

V dnešní době se nejvíce měří pomocí skleněné elektrody, jejíž obsluha je jednoduchá (na rozdíl od vodíkové elektody), měří v kyselé i v zásadité oblasti pH (chinhydronová jen v oblasti kyselé). Nevýhodou skleněné elektrody je stárnutí, při kterém dochází ke změnám závislosti potenciálu na cH₃O⁺. Pro reprodukovatelná měření je nutné provádět kalibraci (standardizaci) s využitím tlumivých roztoků o známém pH. (tyto roztoky jsou komerčně dostupné)
Jako referentní elektroda je nejčastěji používaná argentchloridová, kalomelová, merkurosulfátová, je možné použít i jiné typy referentních elektrod se stabilním potenciálem.

Kombinované elektrody obsahují měrnou i referentní elektrodu v jednom setu.
Elektrody se dodávají v různých úpravách a tvarech skleněné membrány, určených pro konkrétní aplikace. (nerozbitné, vpichovací, s plochou membránou k měření pH povrchu atd.)

Postup měření

•    Kalibrace (standardizace) pH-metru
•    Vlastní měření

Kalibrace pH-metru

Pro dosažení kvalitních výsledků je vhodné u pH-metru provést kalibraci sondy. Kalibraci je možné provádět na 1 pufr nebo na 2 pufry. Pufry je třeba před použitím naředit podle návodu. Obvykle vybíráme takové pufry, které budou v oblasti očekávaných výsledků pH.
Jednobodová kalibrace:
Sondu vyjmeme z ukládacího roztoku, opláchneme destilovanou vodu a vložíme do roztoku pufru. Na pH-metru nastavíme hodnotu uvedenou na pufru.
Dvoubodová kalibrace:
Sondu vyjmeme z ukládacího roztoku, opláchneme destilovanou vodu a vložíme do roztoku pufru. Na pH-metru nastavíme hodnotu uvedenou na pufru. Sondu opláchneme a vložíme do druhého pufru. Pokud pH-metr ukazuje správnou hodnotu, je vše v pořádku a můžeme měřit. Pokud ukazuje nesprávnou hodnotu, upravíme strmost pomocí otočného šroubu, až se zobrazí správná hodnota.
Některé přístroje neumožňují úpravu strmosti křivky závislosti U/pH, některé stroje ji mají automatizovanou, pro jejich nastavení je však nutno používat doporučené pufy.

Vlastní měření pH-metrem

Vlastní měření pH vyžaduje pouze oplachování elektrody a vkládání do měřených roztoků. Vždy je třeba chvíli počkat než se hodnota zobrazená pH metrem ustálí.