Spørgsmål:
pH-probe-pære - hvad sker der inden i glasset?
uhoh
2017-04-08 21:33:38 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jeg prøver at forstå, hvordan glaspæren til en pH-elektrode i en pH-meter fungerer - selve glaspæren. Ikke referenceelektroden eller resten af ​​elektroden (HCl, Ag / AgCl-ledning osv ...), matematikken eller ligevægten endnu. Til dette spørgsmål er det bare pH-elektrodeens glaspære.

Her er hvad jeg har lært indtil videre. Dette er min nuværende forståelse. Jeg siger ikke, at det er rigtigt - men det er, hvor jeg er lige nu .

Den tyndvæggede glaspære har en ledende løsning indeni, og ydersiden skal overhovedet holdes i væske gange også. Dette fugter et tyndt lag af glasset på ydersiden og indersiden. Jeg antager, at disse lag er fremstillet forskelligt, ellers skal glasset hydratiseres ensartet efter længe nok. Det er vigtigt, at det midterste lag af glasset forbliver meget lav ledningsevne, så en potentiel forskel kan opretholdes; der er sandsynligvis også andre grunde.

Glasset er amorft, og i dette tilfælde er de udvendige lag noget porøse, så der er et stort volumen af Si-O-grupper udsat for til løsningen. Protoner vil holde sig til disse grupper og etablere en negativ ladning på ydersiden af ​​glasset. Antallet er relateret til pH- eller hydroniumkoncentrationen af ​​opløsningen på ydersiden af ​​elektroden.

redigering: Jeg er lige begyndt at læse denne tidlige diskussion, hvor ideen om, at selve glasset kan opføre sig som en slags buffer:

Hughes (3) har påpeget, at hydrogenionkoncentrationen i glasfasen kan holdes relativt konstant af bufferens virkning af glasset, som er en blanding af saltet af en svag syre $ (\ ce {Na2SiO3}) $ med syreanhydridet (overskydende $ \ ce {SiO2}) $.

Bemærk: Det hydratiserede lag kaldes også et "gelag", men det er ikke klart, om dette dannes naturligt, når glasset hydrerer, eller om der er en speciel gel- aktiveringsmateriale påført på hver overflade under fremstillingen.

  1. Skal disse være specielt fremstillede lag af mere porøst, hydratiserbart glas på indersiden og ydersiden af ​​glaspæren? Hvis ja, groft sagt, hvordan gøres dette? Hvis ikke, hvad begrænser dybden af ​​det hydratiserede lag? ved at hoppe mellem Si-O-steder, eller er det hydroniumionerne i opløsning, der diffunderer ind i glasset?
  2. Hvorfor kaldes det ofte en ionbytningsproces? (f.eks. ikke i Mettler-linket, men i de to andre links nedenfor og flere tilfældige lærebøger trukket fra en bibliotekshylde). Er der Li- eller Na-ioner i glasset, der bevæger sig? Hvad "udveksles"?

nedenfor: Fra En guide til pH-måling - teorien og praksis for pH-applikationer, Mettler, Toledo.

enter image description here

nedenfor: Fra Teori og praksis med pH-måling.

enter image description here

nedenfor: Fra Glassets pH Elektrode af Petr Vany´sek.

enter image description here

Dette spørgsmål er lidt komplekst, men jeg tror, ​​at forståelse af en eller to underliggende processer i glasset er alt, hvad jeg har brug for her.
https://www.electrochem.org/dl/interface/sum/sum04/IF6-04-Pages19-20.pdf Denne korte artikel giver nogle nyttige oplysninger til dig. Især mener jeg, at det vedrører den tredje del af dit oprindelige spørgsmål. 1. side, lige omkring ligning 2: "Udvekslingen af ​​hydronium (eller skrevet som proton, H +) mellem den faste membran og den omgivende opløsning og ligevægtens karakter af denne udveksling er nøgleprincippet for H3O + sensing." Ligning 2 viser, at ionbytningen er med silicium fra glasmembranen.
@Tyberius Ja, det er den pdf, jeg har linket til i spørgsmålet og kilden til figuren på pæren mærket figur 1, og det er en af ​​udsagnene der, der generer mig og bragte mig her for at få eksperthjælp. Jeg synes, det er noget vagt. Jeg er ikke sikker på, at det rent faktisk rydder op over enhver tvivl, at hydroniumioner diffunderer og ikke kun protonerne, og 3. spørger om udveksling og metalionerne i selve glasset (Li, Na). Når alt kommer til alt er The Chalkboard-magasinkolonnen ikke beregnet til at være en videnskabelig referencekilde.
@Tyberius Glasset har fire grænseflader skabt af tre lag, og jeg spørger også om diffusion og udveksling inden for volumenet af de to ydre hydratiserede lag. Hvis jeg dypper en sonde i en surere opløsning, er det hydroniumionerne, der fysisk diffunderer helt ind i det hydratiserede lag, eller på det ene sekund, når pH-måleren opdateres til den nye, korrekte værdi, er det bare protoner, der hopper fra et SiO-sted til det næste? Dynamikken er anderledes. 3. spørger om * udveksling *, og metalionerne i selve glasset (Li, Na) - formodentlig de to hydratiserede lag.
Har du kigget på Wikipedia-siden for "glaselektrode"? Referencer 8 til 12, der er citeret i afsnittet "Metallisk funktion ...", kan være værd at spore. Https://en.wikipedia.org/wiki/Glass_electrode
@J.Ari Jeg prøver - nogle kan være vanskelige at finde på engelsk.
To svar:
a-cyclohexane-molecule
2017-08-07 00:51:18 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Min reference til al information og billeder er Harris ' Kvantitativ kemisk analyse , 9. udgave, s. 347-9. Jeg tror, ​​det vil være værd at kigge på disse sider, men jeg vil forsøge at opsummere de vigtige punkter her.

En ionselektiv elektrode er kendetegnet ved en tynd membran, der godt binder selektivt ioner. Glaselektroden er en ion-selektiv elektrode for $ \ ce {H +} $ lavet af amorf silikatglas, der består af tilsluttet $ \ ce {SiO4} $ tetraeder.

amorphous silicate glass

Formentlig kræves der ingen specielle præparative teknikker til glasset, og dybden af ​​det hydratiserede gelag medieres af styrken og rækkevidden af ​​de intermolekylære interaktioner mellem vand og glasset.

Protoner er de vigtigste ioner, der binder til laget, hvilket fører til selektiviteten af ​​elektroden. De diffunderer mellem opløsningen og det hydratiserede gelag og fortrænger de metalioner, der oprindeligt var til stede på overfladen af ​​glasset, hvilket beskriver en ionbytterproces. Bemærk, at de dog ikke kan diffundere gennem det indre glaslag.

glass membrane

Et par sidebemærkninger.

  • Ligevægt opnås, når den gunstige binding af protoner til glasoverfladen afbalanceres af den ugunstige elektrostatiske frastødning og den kemiske potentialgradient, der skyldes diffusion i det hydratiserede gelag. Dette giver en ligning, der relaterer den potentielle forskel til opløsningens pH og muliggør måling af $ \ ce {pH} $.
  • Noget skal være i stand til at bevæge sig gennem det indre lag af glasmembranen for at lede en strøm og dermed tillade en måling af potentialforskellen. Det viser sig, at natriumioner kan bevæge sig gennem dette indre lag, men kun trægt --- modstanden af ​​glasmembranen er omkring $ 10 ^ 8 \, \ Omega $.
Som du har nævnt, er glasets elektriske modstand i størrelsesordenen 100 MΩ og mere og er meget følsom over for temperatur, og dermed behovet for en meget høj indgangsimpedansforstærker. Det leverer dog en lille strøm (nA). Jeg havde troet, at ledningsevnen af ​​glasset skyldes elektronbærere (eller hul), ikke bevægelse af natriumioner. Min tænkning var, at ionisk ledningsevne muligvis kunne "bruge" natrium, da det ikke nødvendigvis blev genopfyldt med opløsningerne på ydersiden eller AgCl indeni. Måske er situationen anderledes for Na-følsomme ioniske sonder.
Jeg er glad for at hjælpe. (1) Ja, det er de; Jeg har opdateret mit indlæg. (2) Jeg ved ikke nok om dette til at kommentere, men Harris siger, at natriumioner er ansvarlige for strømmen: "Den $ \ ce {H +} $ -følsomme membran kan betragtes som to overflader, der er elektrisk forbundet med $ \ ce {Na +} $ transport. "
Ups, undskyld, glemte at skrive @uhoh.
Ser godt ud, tak for alt dette arbejde! Under mit metaspørgsmål [Ved nogen her, hvordan en pH-sondes glaspæreelektrode fungerer?] (Https://chemistry.meta.stackexchange.com/q/3707/16035) @Martin- マ ー チ ン kommenterede "[Nogle gange tager det bare mere tid. Giv ikke op endnu.] (Https://chemistry.meta.stackexchange.com/questions/3707/#comment5540_3707) ":)` + n! `
H. Tomasz Grzybowski
2018-10-12 23:18:01 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jeg antager, at H + -ioner er i stand til at diffundere gennem glaslaget. Når alt kommer til alt, hvis glasset blødgøres ved 900 K, så er sandsynligheden for at nå eller overstige aktiveringsenergien for diffusion af en ion (H +, Na +) ved 300 K omkring exp (-900/300) = 0,05, hvilket er ret højt .



ⓘ
Denne spørgsmål og svar blev automatisk oversat fra det engelske sprog.Det originale indhold er tilgængeligt på stackexchange, som vi takker for den cc by-sa 3.0-licens, den distribueres under.
Loading...