سوال هفتگی نسخه تحلیلی (۲۴ تا ۳۰ اکتبر)
Thread Content
آخرین بار، این پست توسط *ngguanglueguo در تاریخ ۲۴-۱۰-۲۰۱۱ ساعت ۱۷:۰۷ ویرایش شد. ۱. لطفاً پاسخها را پنهان کنید؛ ویرایش پس از ارسال پست معتبر نیست! حذف مستقیم، بدون پنهان کردن! ۲. روش پنهان کردن: http://bbs.hcbbs.com/thread-492556-1-1.html ۳. شرکت در آن حتماً پاداش دارد. کسانی که پیشنهاد موضوع دارند، میتوانند در آدرس http://bbs.hcbbs.com/thread-899447-1-1.html پست بگذارند؛ قطعاً پاداشی دریافت خواهند کرد. در صورت پذیرش پیشنهاد، ۲۰ امتیاز اضافی نیز به آنها داده خواهد شد. راستش، الان هر هفته نمیدانم چه سؤالی باید مطرح کنم؛ انگار استعدادم تمام شده است: funk:، لطفاً از من حمایت کنید! همگی با اشتیاق موضوعات را پیشنهاد دهید، واقعاً جایزه هم وجود دارد~ سؤال این هفته: لطفاً به طور خلاصه نحوه کار الکترود شیشهای pH را توضیح دهید. تأکید میکنم، خلاصهای! سعی کنید متنهای بلند را کپی نکنید؛ همگی مطالب را مرور کرده و خلاصهای از آنها بنویسید، باشه؟:lol
اصل کار الکترود شیشهای: بخش اصلی الکترود شیشهای، یک حباب شیشهای است؛ نیمه پایینی این حباب، یک لایه نازک شیشهای است که به طور انتخابی به H+ واکنش نشان میدهد. در داخل حباب، محلول استاندارد HCl با غلظت ۰.۱ مول بر لیتر و pH مشخصی وجود دارد؛ در این محلول، یک الکترود Ag-AgCl به عنوان الکترود استاندارد داخلی قرار داده میشود. به این ترتیب، الکترود شیشهای ساخته میشود. پتانسیل الکترود مرجع داخلی در الکترود شیشهای ثابت است و وابسته به pH محلول مورد بررسی نیست. دلیل اینکه الکترود شیشهای میتواند pH محلول را اندازهگیری کند، این است که پتانسیل غشایی تولید شده توسط غشای شیشهای، با pH محلول مورد بررسی مرتبط است. الکترود شیشهای باید پیش از استفاده، برای مدت معینی در محلول آبی خیسانده شود. این امر منجر به تشکیل لایهای از سیلیکاژل هیدراته روی سطح خارجی فیلم شیشهای شد؛ همچنین، به دلیل وجود محلول مرجع درونی، لایههایی از آب درونی و سیلیکاژل روی سطح درونی شیشه نیز تشکیل شد. هنگامی که الکترود شیشهای که در محلول مناسب خیسانده شده است، درون محلول مورد آزمایش فرو میرود، لایه هیدراته با محلول در تماس قرار میگیرد. به دلیل تفاوت فعالیت یونهای H+ در سطح لایه سیلیکا و در محلول، یک تفاوت فعالیت ایجاد میشود؛ در نتیجه یونهای H+ از جهتی که فعالیتشان بالاتر است به سمت جهتی که فعالیتشان پایینتر است حرکت میکنند. این امر باعث برقراری تعادل بین لایه سیلیکا و یونهای H+ در محلول میشود و توزیع بار در مرز بین دو فاز ژل و محلول را تغییر میدهد؛ در نتیجه یک پتانسیل مرزی ایجاد میگردد. به همین ترتیب، در مرز بین لایه سیلیکاژل هیدراته در سمت داخل فیلم شیشهای و محلول داخلی نیز، پتانسیل مرز فازی مشخصی وجود دارد. پتانسیل مرزی آن را میتوان با فرمولهای زیر بیان کرد:
Φخارجی = k1 + 0.059lg a1/a1ˊ
Φداخلی = k2 + 0.059lg a2/a2ˊ
در این فرمولها، a1 و a2 به ترتیب نشاندهنده غلظت H+ در محلول خارجی و محلول استاندارد داخلی هستند ； a 1ˊ و a 2ˊ به ترتیب نشاندهنده غلظت H+ در سطح لایههای سیلیکاژل هیدراته در خارج و داخل فیلم شیشهای هستند ； k1 و k2 به ترتیب ثابتهایی هستند که توسط ویژگیهای سطح خارجی و داخلی فیلم شیشهای تعیین میشوند. از آنجایی که ویژگیهای سطوح داخلی و خارجی فیلم شیشهای تقریباً یکسان است، بنابراین k1=k2؛ همچنین، از آنجایی که یونهای Na+ در سطح لایه سیلیکاهیدراته جای خود را به H+ دادهاند، پس a1ˊ= a2ˊ میشود. در نتیجه، Φفیلم = Φخارجی – Φداخلی = 0.059lga1/a2. از آنجایی که غلظت یونهای H+ در محلول مرجع داخلی یک مقدار ثابت است، بنابراین: Φفیلم = K + 0.059lga1 = K + 0.059pH. این امر نشان میدهد که در دمای مشخصی، پتانسیل فیلم الکترود شیشهای با pH محلول تحت بررسی، رابطهای خطی دارد.
Φخارجی = k1 + 0.059lg a1/a1ˊ
Φداخلی = k2 + 0.059lg a2/a2ˊ
در این فرمولها، a1 و a2 به ترتیب نشاندهنده غلظت H+ در محلول خارجی و محلول استاندارد داخلی هستند ； a 1ˊ و a 2ˊ به ترتیب نشاندهنده غلظت H+ در سطح لایههای سیلیکاژل هیدراته در خارج و داخل فیلم شیشهای هستند ； k1 و k2 به ترتیب ثابتهایی هستند که توسط ویژگیهای سطح خارجی و داخلی فیلم شیشهای تعیین میشوند. از آنجایی که ویژگیهای سطوح داخلی و خارجی فیلم شیشهای تقریباً یکسان است، بنابراین k1=k2؛ همچنین، از آنجایی که یونهای Na+ در سطح لایه سیلیکاهیدراته جای خود را به H+ دادهاند، پس a1ˊ= a2ˊ میشود. در نتیجه، Φفیلم = Φخارجی – Φداخلی = 0.059lga1/a2. از آنجایی که غلظت یونهای H+ در محلول مرجع داخلی یک مقدار ثابت است، بنابراین: Φفیلم = K + 0.059lga1 = K + 0.059pH. این امر نشان میدهد که در دمای مشخصی، پتانسیل فیلم الکترود شیشهای با pH محلول تحت بررسی، رابطهای خطی دارد.
بخش اصلی الکترود شیشهای، یک حباب شیشهای است؛ نیمه پایینی این حباب، یک لایه نازک شیشهای است که به H+ واکنش انتخابی نشان میدهد. در داخل حباب، محلول استاندارد HCl با غلظت ۰.۱ مول بر لیتر و pH مشخصی قرار دارد؛ همچنین، یک الکترود Ag-AgCl به عنوان الکترود استاندارد درونی در آن قرار گرفته است. به این ترتیب، الکترود شیشهای ساخته میشود. پتانسیل الکترود مرجع داخلی در الکترود شیشهای ثابت است و وابسته به pH محلول مورد بررسی نیست. دلیل اینکه الکترود شیشهای میتواند pH محلول را اندازهگیری کند، این است که پتانسیل غشایی تولید شده توسط غشای شیشهای، با pH محلول مورد بررسی مرتبط است. الکترود شیشهای باید پیش از استفاده، برای مدت معینی در محلول آبی خیسانده شود. این امر منجر به تشکیل لایهای از سیلیکاژل هیدراته روی سطح خارجی فیلم شیشهای شد؛ همچنین، به دلیل وجود محلول مرجع درونی، لایههایی از آب درونی و سیلیکاژل روی سطح درونی شیشه نیز تشکیل شد. هنگامی که الکترود شیشهای که در محلول مناسب خیسانده شده است، درون محلول مورد آزمایش فرو میرود، لایه هیدراته با محلول در تماس قرار میگیرد. به دلیل تفاوت در فعالیت یونهای H+ در سطح لایه سیلیکا و در محلول، یک تفاوت فعالیت ایجاد میشود؛ در نتیجه یونهای H+ از جهتی که فعالیتشان بالاتر است به سمت جهتی که فعالیتشان پایینتر است حرکت میکنند. این امر باعث برقراری تعادل بین لایه سیلیکا و یونهای H+ در محلول میشود و توزیع بار در مرز بین دو فاز ژل و محلول را تغییر میدهد؛ در نتیجه یک پتانسیل مرزی ایجاد میگردد
بخش اصلی الکترود شیشهای، یک حباب شیشهای است؛ نیمه پایینی این حباب، یک لایه نازک شیشهای است که به H+ واکنش انتخابی نشان میدهد. در داخل حباب، محلول استاندارد HCl با غلظت ۰.۱ مول بر لیتر و pH مشخصی قرار دارد؛ همچنین، یک الکترود Ag-AgCl به عنوان الکترود استاندارد درونی در آن قرار گرفته است. به این ترتیب، الکترود شیشهای ساخته میشود. پتانسیل الکترود مرجع داخلی در الکترود شیشهای ثابت است و وابسته به pH محلول مورد بررسی نیست. دلیل اینکه الکترود شیشهای میتواند pH محلول را اندازهگیری کند، این است که پتانسیل غشایی تولید شده توسط غشای شیشهای، با pH محلول مورد بررسی مرتبط است
روشهای متعددی برای اندازهگیری مقدار pH وجود دارد که عمدتاً شامل روش تحلیل شیمیایی، روش نوار آزمایشی و روش پتانسیل است. در اینجا عمدتاً به روش اندازهگیری مقدار pH با روش پتانسیلی پرداخته میشود. الکترودهای مورد استفاده در روش تحلیل پتانسیل، سلولهای اولیه نامیده میشوند. سلول خورشیدی سیستمی است که وظیفهاش تبدیل انرژی واکنشهای شیمیایی به انرژی الکتریکی است. ولتاژ این باتری، پتانسیل الکتریکی (EMF) نامیده میشود. این پتانسیل الکتریکی (EMF) از دو نیمسلول تشکیل شده است. یکی از این نیمسلولها، الکترود اندازهگیری نامیده میشود؛ پتانسیل آن با فعالیت یونهای خاصی مرتبط است ； نیمسلول دیگر، نیمسلول مرجع است که معمولاً به عنوان الکترود مرجع شناخته میشود؛ این نیمسلول معمولاً با محلولی که قرار است اندازهگیری شود در ارتباط است و به دستگاه اندازهگیری متصل میگردد.
پتانسیل غشایی تولید شده توسط فیلم شیشهای، مرتبط با pH محلول مورد بررسی است
عملکرد الکترود شیشهای، ایجاد یک پتانسیل الکتریکی است که به تغییرات فعالیت یونهای هیدروژن در محلول مورد اندازهگیری واکنش نشان میدهد. قرار دادن الکترود حساس به pH و الکترود مرجع در یک محلول، یک سلول خورشیدی ایجاد میکند؛ پتانسیل این سلول، مجموع جبری پتانسیل الکترود شیشهای و الکترود مرجع است. سلول الکتریکی E = E مرجع شیشهای؛ اگر دما ثابت باشد، پتانسیل این سلول با تغییر pH محلول مورد بررسی تغییر میکند. اما اندازهگیری پتانسیل تولید شده توسط سلولهای موجود در دستگاههای pH، کار دشواری است؛ زیرا ولتاژ تولیدی آنها بسیار کم است و مقاومت مدار نیز بسیار بالاست (۱-۱۰۰ مگااهم). بنابراین، لازم است سیگنال را تقویت کرد تا بتواند مقادیر مناسبی برای کارکرد صحیح میلیولتمتر یا میلیآمپرمتر فراهم کند.
پاسخ به شماره ۱# *ngguanglueguo: برای ایجاد هیجان~~ الکترود فیلمی که از یک فیلم شیشهای با واکنش پتانسیلی نسبت به فعالیت یونهای هیدروژن ساخته شده، یک الکترود نشانگر رایج برای یونهای هیدروژن است. معمولاً به شکل کرهای است و دارای الکترود اسید هیدروکلریک ۰٫۱ مول بر لیتر و کلرید نقره، یا الکترود جیوه-قلیا، میباشد. قبل از استفاده، آن را در آب خالص فرو برده تا لایهنازکی از مادهی منبسطشونده روی سطح آن تشکیل شود؛ هنگام استفاده، آن را همراه با یک الکترود مرجع دیگر در محلول مورد آزمایش قرار داده تا یک سلول الکتریکی تشکیل شود. پتانسیل این سلول الکتریکی به طور مستقیم با مقدار pH محلول مرتبط است. به دلیل وجود عواملی مانند پتانسیل ناهمتراز و پتانسیل اتصال مایعات، نمیتوان مقدار pH را مستقیماً از پتانسیل این سلول الکتریکی به دست آورد؛ بلکه برای «استانداردسازی» از محلولهای بافر استاندارد استفاده میشود و مقدار pH بر اساس فرمول تعریفی آن محاسبه میگردد. الکترود شیشهای تحت تأثیر اکسیدکنندهها، کاهندهها و سایر ناخالصیها قرار نمیگیرد، دارای محدوده گستردهای برای اندازهگیری pH است و کاربردهای گستردهای دارد.
الکترود شیشهای دارای توانایی جذب انتخابی یونهای هیدروژن است و میزان جذب، متناسب با غلظت یونهای هیدروژن است； پس از جذب یونهای هیدروژن بر روی سطح الکترود شیشهای، تفاوت پتانسیلی بین آن و محلول موجود در توپ شیشهای ایجاد میشود؛ سپس با استفاده از الکترود مرجع، میتوان تفاوت پتانسیل کل مدار را که مرتبط با غلظت یونهای هیدروژن است، اندازهگیری کرد. این همان اصل کار الکترود شیشهای است.
پتانسیل الکترود مرجع داخلی در الکترود شیشهای ثابت است و وابسته به pH محلول مورد بررسی نیست. دلیل اینکه الکترود شیشهای میتواند pH محلول را اندازهگیری کند، این است که پتانسیل غشایی تولید شده توسط غشای شیشهای، با pH محلول مورد بررسی مرتبط است. در دمای مشخصی، پتانسیل غشای الکترود شیشهای رابطهای خطی با pH محلول آزمایشی دارد.
نحوه کارکرد: الکترود شیشهای pH و الکترود مرجع به عنوان حسگر، در محلولی که قرار است اندازهگیری شود، قرار گرفته و یک سلول الکتریکی تشکیل میدهند. الکترود مرجع پتانسیلی پایدار فراهم میکند؛ پتانسیل الکترود pH نیز با مقدار pH محلول مرتبط است و هر دو تحت قانون نرنست قرار دارند. با اندازهگیری دقیق پتانسیل الکتریکی بین دو الکترود، میتوان مقدار pH محلول را تعیین کرد.