Методи визначення активної кислотності

Показник рН визначають колориметричним і електрометричним методами.

Колориметричний (індикаторний) метод базується на властивості індикатора змінювати своє забарвлення в залежності від зміни кислотності досліджуваного розчину. Таким чином, якщо в двох різних розчинах буде однакова кількість іонів водню, то після додавання до них відповідного індикатора, вони будуть мати однакове забарвлення. Якщо забарвлення буде різне, це вказує на різну концентрацію іонів водню. Для колориметричного визначення активної кислотності готується серія буферних розчинів з відомим значенням рН. Буферні розчини мають рН 5,8 – 7,0. До них добавляють індикатор, який змінює забарвлення в цьому діапазоні рН. Отримані розчини застосовують для порівняння з забарвленням досліджуваних розчинів продуктів, до яких додають цей же індикатор.

Крім колориметричного методу можна використовувати метод паперових смужок – це універсальний індикатор у вигляді кольорової шкали, який має діапазон рН 1–10. Смужки паперу, змочені в індикаторі, просушують, і потім використовують для визначення рН. Їх занурюють в досліджуваний розчин і по зміні забарвлення смужки визначають величину рН, зрівнюючи індикаторний папір з кольоровою шкалою. Використовують папір для граничного забарвлення. Даний метод застосовують при титруванні забарвлених розчинів (наприклад в цукровому виробництві).

Електрометричний методбазується на визначенні потенціалу електричного електрода зануреного в досліджуваний розчин, його величина знаходиться в певній залежності від концентрації іонів водню. В даний час для визначення рН застосовують потенціометри з використанням пари електродів каломельного чи хлор-срібного (електроди порівняння) і скляного (вимірювального). Під час занурення електродів у досліджуваний розчин, між ними виникає електрорушійна сила, яку вимірюють потенціометром і виражають показником рН. Використовують лабораторні рН-метри: рН-340, рН-150М та ін.

Потенціометрія об’єднує методи, які ґрунтуються на вимірюванні ЕРС (електрорушійних сил) гальванічних елементів для визначення активності (концентрації) речовин та вимірювання фізико-хімічних констант. Гальванічний елемент складається з індикаторного електрода та електрода порівняння (стандартного).

Потенціал індикаторного електрода залежить від активності (концентрації) іонів, що визначаються за рівнянням Нернста:

(2.3)

де Е⁰ – стандартний потенціал, В; 0,059 – коефіцієнт Нернста при 25 °С; n – число електронів, які беруть участь в електродній реакції; a_x(C_x) – активність (концентрація) визначуваних іонів, моль\дм³ .

Електрод порівняння (стандартний) – це електрод, потенціал якого відомий і який не залежить від активності (концентрації) іонів, що визначаються й перебігу будь-яких хімічних перетворень у розчині та залишається сталими у процесі вимірювання. Відносно до потенціалу стандартного електроду вимірюється потенціал індикаторного електрода за допомогою визначення електрорушійної сили:

(2.4)

де: ЕРС – електрорушійна сила, В; Е_ст – стандартний потенціал (електрод порівняння), В; Е_інд – індикаторний потенціал (електрод, потенціал якого вимірюється), В.

Знаючи ЕРС і Е_ст, можна знайти Е_інд, тобто потенціал електрода, що вимірюється і залежить від активності (концентрації) іонів досліджуваного розчину.

В якості електродів порівняння використовують стандартний водневий електрод (СВЕ), він є універсальним, його потенціал є умовним нулем шкали потенціалів. Він являє собою пластинку з платини, вкриту платиновою черню, занурену в розчин кислоти, насиченої воднем під тиском 101325 Па. На практиці використовують інші електроди порівняння, величини потенціалів яких відносно до СВЕ є відомими та сталими. Це каломельний електрод – металічна ртуть, вкрита шаром твердої каломелі і занурена у розчин хлориду калію.

Частіше всього використовують хлор-срібний електрод – дротик із срібла, вкритий тонким шаром хлориду срібла і занурений у розчин хлориду калію.

Індикаторні (вимірювальні) електроди: водневий, хінгідронний. Кулька з’єднана з товстостінною скляною трубкою, всередину якої вміщено хлор-срібний контактний електрод.