Vidlákovo elektro 84. Měření pH a skleněné elektrody.

7. září 2014 v 5:15 | Petr |  Vidlákovo Elektro
Svým čtenářům se hluboce omlouvám, že v rámci toho jak všechno tak nějak souvisí se vším jsme se s elektronickém seriálu dostali k chemii, ale pokud nemám vysvětlování "potenciometrie" utnout v polovinně odstavce nelze než postupovat vpřed. Jediné co mě poněkud morálně opravňuje psát dál je to, že tuhle oblast "mezi obory" nenajdete rozumně vysvětenou ani u elektroniků ani u chemiků.


Tedy minule jme se dostali k tomu, že pomocí "solných můstků" můžeme vyrábět elektrické články z těch nejpodivnějších kombinací elektrolytů i elektrod a to dokonce tak, že kolem každé elektrody je jiný elektrolyt, které se vzájemně nemíchají.


A taky jsme se zmiňovali o Nernstově rovnici, ve které C1 a C2 jsou koncentrace elektrolytu kolem jedné a druhé elektrody. Teď si tedy představte následující situaci C2 - je konstatní koncentrace látky v oblasti kolem "referenční elektrody" - v tom případě se Nernstova rovnice změní na

E = E0 + 0,059 * log (C2) - 0,059 * log (C1)

Teď si představme že člen 0,059*log C2 - díky tomu že C2 je konstatní přičteme k E0 tedy :

E= E1 - 0,059* log (C1)

A teď si zopakujemem definici pH jak z Husákovské učebnice : "pH je záporný dekadický logaritmus koncentrace vodíkových protonů". ERGO pokud C1 je koncentrace vodíkových protonů pak platí :

E = E1 + 0,059 * pH

Tak jednoduché je měření pH - pokud připojíte pH elektrodu k voltmetru - nic více už v tom není. Elektroda citlivá na pH prostě za laboratorní teploty 25 stupňů dává 59 mV na jednotku pH a my se musíme akorát postarat o odečtení napěťového offsetu E1.

Celé měření má jenom 3 nepatrné zádrhele
  1. jak vyřešit otázku referenčního poločlánku s konstatním pH
  2. Jak získat elektrodu citlivou na pH
  3. jak kompenzovat vliv okolí - hlavně tedy teploty.
AD 1. pokud získáme pH elektrodu dle bodu 2 můžeme ji namočit do pufru a použít jako referenční - ale to je kupodivu moc složité. Místo toho použíjeme jako referenční některou z "elektrod druhého řádu" které díky tomu, že jsou založeny na málo rozpustných solích (chlorid stříbrný a chlorid rtuťný) - tak jejich napětí závísí především na (ne)rozpustnosti těchto solí a prakticky není ovlivněno složením roztoku, do kterého jsou ponořeny!

AD 2. potřebujeme elektrodu tzv "iontově selektivní" na vodík - to jest aby převážná část jejího napětí byla ovlivněna koncentrací vodíkových protonů v roztoku. Příkladem takové elektrody je již zmiňovaná "vodíková elektroda" spočívající v platinovém drátku kolem kterého bublá plynný vodík, aby na povrchu platiny vznikla neskutečně tenká vrstvička hydridu platiny. Pokud si však vzpomeneneme na vzducholoď Hindenburg - a zejména pokud si na ni vzpomene vaše manželka (maminka) máte s probublávajícím vodíkem utrum.

Tedy je potřeba vymyset něco jiného a to je věc, nad které čtenáři Amára zůstane rozum stát a to je v nadpise zmíněná "skleněná elektroda". Vskutku je to tak - sklo - jeden z nejlepších známých izolantů se používá jako materiál na elektrody pro měření pH


Zde je její konstrukce - schválně jsem vybral elektrodu, která v sobě zahrnuje měřícící skleněnnou elektrodu zde označovaná jako "vnitřní" a refernenční elektrodu zde označovanou jako "vnější". Na obrázku je nejpozoruhodnější schéma dole - které krásně zdůrazňje jakými materiály vlastně prochází elektrický proud při měření a povšimněte si, že měřený roztok je jen nepatrný kousek uvnitř.

Je mi jasné, že teď přijde dotaz "A to skleněná elektroda je opravdu ze skla ?" A skutečně musím potvrdit, že pokud z laboratorního SIMAXU - borosilikátového skla - vyfouknete nad plamenem baničku - jejíž stěny budou tlusté kolem 0,1 mm (což je elementárně snadné) a pokud do ní nalijete kyselinu a dáte stříbrný drátek - pokryje se tetno drátek chloridem stříbrným a elektroda bude fungovat jako "docela slušná" pH elektroda. V literaturře se sice dočtete o použití speciálních skel, která jsou nutná zejména pro inotově selektivní elektrody zaměřené na dvojmocné ionty, ale obyč. sklo na pH funguje více než slušně. Otázka tedy je "jak funguje ?"


Princip je v tom že na suchu je na povrchu sodno- draselno - vápenatého skla - tenká vrstvička sodíkových iontů vázancýh na křemičitanový základ skla - nalitím "vnitřního elektrolytu" a ponořením do měřeného roztoku dojde k tomu, že vodíkové protony začnou z povrchu skla "vyplachovat" sodíkové ionty - různou rychloostí vně a uvnitř - a tím doposud elektricky neutrální povrch skla dostane elektrický náboj alias napětí, které můžeme měřit.

Stále jsem nezodpověděl "jak je možné, že elektrický proud prochází sklem ?" Vtip je v tom, že prakticky neprochází - "vnitřní odpor" skleněné elektrody je kolem 100 Mega-ohmů - proto jsem mluvil v první kapitole o voltmetru s vnitřním oporem alespoň 1 Giga-ohm což v době JFETových operačních zesilovačů (stačí i TL072) se vstupním odporem 1012 - 1015 ohmů není takový problém.

Obávám se, že teď jsem konečně všechna "magická arkána" prozradil - a sám jsem se sepisováním natolik unavil, že zbývá už jenom rada paní Kubáčové novomanželkám : Alkohol se v organismu odbourává na kyselinu octovou - meziproduktem této reakce je acetaldehyd, který způsobuje příznaky lehké otravy. Rychlost syntézy acetaldehydu lze zpomalit dodávkou dalšího alkoholu a další kyseliny octové, které lehce blokují enzymové systémy. Správnou reakcí novomanželky na návrat manžela z hospody tedy není štěkání, ale štamprlička, okurčička, a pozdějí kávička - jasné ?
 

Buď první, kdo ohodnotí tento článek.

Komentáře

1 m.marianek m.marianek | 7. září 2014 v 9:19

Bomba, takže "spravovák" má opravdu vědecký biochemický základ. Pane Kubáči, právě jste dal polovičce národa neskutečnoui munici :-). Za články o chemii se rozhodně omlouvat nemusíte (v podstatě se nemusíte omlouvbat za články o čemkoliv), tak výstižná, jednoduchá a zajímavě podaná vysvětlení jistě zaujmou nejednoho čtenáře a já sám uvažuju o tom, že si celý tento blog postahuju do PC a budu využívat jako učební pomůcku pro svého syna. A neuměl byste tímhle způsobem vysvětlovat i češtinu? :-D Ale vážně, opravdu byste měl učit, ale rozhodně ne zadarmo v našem socialistickém školství, které by vás ubilo. Za takového učitele jsem (ač peněz nemaje) ochoten platit.

2 RXD RXD | 7. září 2014 v 15:15

Řádný "spravovák" má i preventivní význam, pokud přijdeme z hospody domů nameteni metylalkoholem. V tom případě z nás ovšem bude lejt voda jak z destilačního přístroje. Každý správný chronický alkoholik předstírá v nemocnici otravu metylalkoholem, protože pak může dostat zadara ještě alkoholickou infuzi...

Co se týče obsahu tohoto blogu, melo by to vyjít v papírové knížce. Praktických informací tohoto typu je na plnění  internetu strašná škoda...

3 m.marianek m.marianek | 7. září 2014 v 18:22

[2]:Na to aby měl "spravovák" preventivní význam proti otravě metanolem, by musel být alespoň "megaspravovák". Mám pocit že se v tom případě musí udržovat velmi slušná hladina. Ovšem tohle má význam jen pro obyvatelstvo Čech, moraváků se to netýká, protože aby měl průměrnej čech v krvi 1 promile, musí tři dny chlastat, aby měl 1 promile moravák, musí tři dny nechlastat. Ostraváci umírají na metanol jen tehdy, pokud se už týden ničeho jiného nenapili, protože správnej ostravák má v krvi zásobní hladinu etanolu minimálně na dvě letální dávky metanolu. Asi s tím výrobci pančovaného alkoholu počítali a ti co to neustáli byly jen statisticky "slabší kusy".

4 rvx rvx | 7. září 2014 v 20:01

souhlasím s tím, že články páně Kubáče jsou velmi edukativní, i já jsem se v mnohém poučil a tímto se připojuji k všeobecné chvále a za tento blog Vám děkuji

5 kolemjdoucí kolemjdoucí | 8. září 2014 v 10:00

[3]: Vy tele, nic ve zlém, ale připojte k tomu aspoň smajlík, protože až si ten váš ne úplně vážně míněný příspěvek vezme za svůj nějaký pubertální imbecil, tak vám pak přijdou na dveře zaťukat jiní pánové...

Mám za to že podobný moudra si nejspíš tehdy říkali při zpracování i ti „míchači” (a mysleli to vážně), a proto to celý vzniklo.

6 m.marianek m.marianek | 8. září 2014 v 12:54

[5]: Tak nějak jsem předpokládal, že pubertální imbecil na tento web nezavítá (není to "fuckbook") a pro zdejší inteligentní osazenstvo smajlíků netřeba. A navíc jsem zastáncem darvinismu, takže každej, kdo zemře na vlastní debilitu si nic jiného nezaslouží a lidstvu tím prokazuje službu.

7 SPECZ SPECZ | 8. září 2014 v 17:20

Když vidím Váš příspěvek na téma "trvalá hladina alkoholu v krvi správného ostráváka" připomíná mi to jeden vtip:

Ptají se Ostraváka: " Co si dáte k pití? Pivo, víno, kořalku..."?
Ostravák: "Ano".

8 Anri ... Anri ... | 8. září 2014 v 22:42

... no když už jsme u těch vtipů (ale asi ho všichni znáte): ... Víte jakej je rozdíl mezi Ostravakem a Vjetnamcem? ... no přece: Vietnamec má práci a mluví česky ;-DD

Komentáře jsou uzavřeny.


Aktuální články

Reklama