Concetti Chiave
- La misurazione potenziometrica del pH richiede un elettrodo a vetro, che è preferito all'elettrodo a idrogeno standard per la sua praticità e reattività alle variazioni di ioni H+.
- La cella globale per la misurazione del pH è costituita da elettrodi collegati da un ponte salino, con semi-reazioni che non influenzano il potenziale di pila.
- La variazione di energia di Gibbs ΔG, derivante dalla diluizione dei protoni, è la fonte della differenza di potenziale attraverso la membrana di vetro nel pHmetrico.
- Il potenziale di cella si trasforma in una misura di pH tramite la formula E_pila=0.0592 pH, utilizzando un pHmetro per la conversione elettronica.
- La formula generale per calcolare il pH è pH=(E-E°riferimento)/0,0591, evidenziando la relazione tra potenziale e pH.
Qual è la misurazione potenziometrica del pH?
Per effettuare una misurazione potenziometrica del pH è necessario un elettrodo che risponda a variazioni della concentrazione di ioni H+. L’elettrodo a idrogeno standard è scomodo da usare per questo scopo. L’elettrodo utilizzato è un elettrodo a vetro, che consiste in bulbo di vetro dalle pareti molto sottili, all’estremità del quale è contenuto un elettrodo ad argento-argento cloruro ed una soluzione di HCl a composizione nota (es. 1M). Quando si pone il bulbo in una soluzione a pH incognito, si sviluppa un potenziale a causa della differenza di concentrazione attraverso la membrana, analogamente a quanto accade in una pila a concentrazione. Per misurare questa differenza di potenziale si usa un elettrodo di riferimento, che può essere o un elettrodo a calometano saturo o un altro elettrodo argento-argento cloruro.
Rappresentazione della cella globale
La cella globale può essere rappresentata come:
Ag (s)|AgCl (s)|Cl- (1.0 M), H+ (1.0 M)|membrana di vetro|H+ (incognita)||Cl- (1.0 M)|AgCl (s)|Ag (s)
I due elettrodi sono collegati da un ponte salino. Le semi-reazioni sono:
Ag(s) + Cl- (aq)AgCl (s) + e-
H+ (1.0 M)H+ (incognita)
AgCl (s) + e- Ag (s) + Cl- (aq)
I potenziali di semipila delle due semireazioni degli elettrodi argento-argento cloruro si elidono e non contribuiscono al potenziale di pila. La variazione di energia di Gibbs ΔG che corrisponde alla diluizione dei protoni da una concentrazione nota di 1.0 M alla soluzione incognita è la fonte della differenza di potenziale attraverso la membrana di vetro. La differenza di energia di Gibbs può essere calcolata usando:
G=G°+RTln(H^+)
Da cui:
ΔG=G(incognita)+G(1.0 M)
ΔG=G°+RTln(incognita)-G°-RTln(1.0)
ΔG=RTln(incognita)
Conversione della differenza di energia in potenziale
Questo si converte in un potenziale dividendo per -zF, z=1, ed assumendo T=25°C si ottiene:
E_pila=0.0592 pH
dopo aver convertito il logaritmo in base 10 ed usandola definizione pH=-log[incognita]. Il potenziale di cella è misurato con un pHmetro, uno strumento che misura il potenziale e che converte elettronicamente E_pila in pH e mostra il risultato in unità di pH.
In generale, si può applicare la seguente formula:
pH=(E-E°riferimento)/0,0591
Domande da interrogazione
- Qual è l'elettrodo più comunemente utilizzato per la misurazione del pH e come funziona?
- Come si rappresenta la cella globale per la misurazione del pH?
- Come si converte la differenza di energia in potenziale per la misurazione del pH?
L'elettrodo più comunemente utilizzato per la misurazione del pH è l'elettrodo a vetro, che contiene un bulbo di vetro sottile e un elettrodo ad argento-argento cloruro. Quando immerso in una soluzione a pH incognito, si sviluppa un potenziale a causa della differenza di concentrazione di ioni H+ attraverso la membrana del bulbo (come descritto nel testo).
La cella globale è rappresentata come Ag (s)|AgCl (s)|Cl- (1.0 M), H+ (1.0 M)|membrana di vetro|H+ (incognita)||Cl- (1.0 M)|AgCl (s)|Ag (s). I due elettrodi sono collegati da un ponte salino e le semi-reazioni coinvolgono la formazione di AgCl e il trasferimento di ioni H+ (come spiegato nel testo).
La differenza di energia di Gibbs ΔG viene convertita in potenziale dividendo per -zF, dove z=1. Assumendo una temperatura di 25°C, si ottiene la relazione E_pila=0.0592 pH. Questa conversione è fondamentale per l'uso del pHmetro, che misura il potenziale e lo converte in unità di pH (come indicato nel testo).
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