Elektrokémia B01. Mi a ph? Láng Győző. Kémiai Intézet, Fizikai Kémiai Tanszék Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest

Hasonló dokumentumok
Anyagvizsgálati módszerek Elektroanalitika. Anyagvizsgálati módszerek

ph-számítás A víz gyenge elektrolit. Kismértékben disszociál hidrogénionokra (helyesebben hidroxónium-ionokra) és hidroxid-ionokra :

ph-számítás A víz gyenge elektrolit. Kismértékben disszociál hidrogénionokra (helyesebben hidroxónium-ionokra) és hidroxid-ionokra :

HOMOGÉN EGYENSÚLYI ELEKTROKÉMIA: ELEKTROLITOK TERMODINAMIKÁJA

Többértékű savak és bázisok Többértékű savnak/lúgnak azokat az oldatokat nevezzük, amelyek több protont képesek leadni/felvenni.

Általános Kémia GY 3.tantermi gyakorlat

Számítások ph-val kombinálva

13 Elektrokémia. Elektrokémia Dia 1 /52

Elektrokémia Kiegészítés a praktikumhoz Elektrokémiai cella, Kapocsfeszültség, Elektródpotenciál, Elektromotoros erı.

Kémiai átalakulások. Kémiai átalakulások. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 201

Közös elektronpár létrehozása

Oldódás, mint egyensúly

Kémiai alapismeretek 6. hét

ELEKTROKÉMIA. - elektrolitokban: ionok irányított mozgása. Elektrolízis: elektromos áram által előidézett kémiai átalakulás

1) Standard hidrogénelektród készülhet sósavból vagy kénsavoldatból is. Ezt a savat 100-szorosára hígítva, mekkora ph-jú oldatot nyerünk?

Oldódás, mint egyensúly

ELEKTROKÉMIA. - elektrolitokban: ionok irányított mozgása. Elektrolízis: elektromos áram által előidézett kémiai átalakulás

Kémiai reakciók. Közös elektronpár létrehozása. Általános és szervetlen kémia 10. hét. Elızı héten elsajátítottuk, hogy.

Általános Kémia, 2008 tavasz

7 Elektrokémia. 7-1 Elektródpotenciálok mérése

Reakciókinetika és katalízis

7. Kémia egyenletek rendezése, sztöchiometria

Környezeti analitika laboratóriumi gyakorlat Számolási feladatok áttekintése

Vízionszorzat meghatározása hidrogénelektród segítségével

Titrimetria - Térfogatos kémiai analízis -

A 27/2012. (VIII. 27.) NGM rendelet (29/2016. (VIII. 26.) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

Összesen: 20 pont. 1,120 mol gázelegy anyagmennyisége: 0,560 mol H 2 és 0,560 mol Cl 2 tömege: 1,120 g 39,76 g (2)

1. feladat Összesen: 8 pont. 2. feladat Összesen: 11 pont. 3. feladat Összesen: 7 pont. 4. feladat Összesen: 14 pont

indikátor: az oldat kémhatását mutatja színváltozás segítségével 7. A sav-bázis egyensúlyok, a ph

Radioaktív nyomjelzés

Elektrokémia 03. Cellareakció potenciálja, elektródreakció potenciálja, Nernst-egyenlet. Láng Győző

Általános kémia képletgyűjtemény. Atomszerkezet Tömegszám (A) A = Z + N Rendszám (Z) Neutronok száma (N) Mólok száma (n)

Dr. JUVANCZ ZOLTÁN Óbudai Egyetem Dr. FENYVESI ÉVA CycloLab Kft

A kémiai egyensúlyi rendszerek

Sav bázis egyensúlyok vizes oldatban

EA. Elektrokémia alap mérés: elektromotoros erő és kapocsfeszültség mérése a Daniell cellában, az EMF koncentráció függése

1. feladat Összesen: 18 pont. 2. feladat Összesen: 9 pont

Általános Kémia GY, 2. tantermi gyakorlat

(Kémiai alapok) és

Készítette: Geda Dávid

Javítókulcs (Kémia emelt szintű feladatsor)

9. évfolyam II. félév 2. dolgozat B csoport. a. Arrheneus szerint bázisok azok a vegyületek, amelyek... b. Arrheneus szerint a sók...

Sók oldékonysági szorzatának és oldáshőjének meghatározása vezetés méréssel

6 Ionszelektív elektródok. elektródokat kiterjedten alkalmazzák a klinikai gyakorlatban: az automata analizátorokban

1. Kolorimetriás mérések A sav-bázis indikátorok olyan "festékek", melyek színüket a ph függvényében

Jegyzőkönyv. Konduktometria. Ungvárainé Dr. Nagy Zsuzsanna

Redox reakciók. azok a reakciók, melyekben valamely atom oxidációs száma megváltozik.

Laboratóriumi technikus laboratóriumi technikus Drog és toxikológiai

Kémiai reakciók. Kémiai reakció feltételei: Aktivált komplexum:

Arrhenius sav-bázis elmélete (1884)

Kémia emelt szintű érettségi írásbeli vizsga ELEMZÉS (BARANYA) ÉS AJÁNLÁS KÉSZÍTETTE: NAGY MÁRIA

Bevezetés a laboratóriumi gyakorlatba és biológiai számítások GY. Molnár Tamás Solti Ádám

Általános Kémia. Sav-bázis egyensúlyok. Ecetsav és sósav elegye. Gyenge sav és erős sav keveréke. Példa8-1. Példa 8-1

A korszerű ph-fogalom

Javítókulcs (Kémia emelt szintű feladatsor)

Kémiai alapismeretek 11. hét

Kémia OKTV 2006/2007. II. forduló. A feladatok megoldása

Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2010/2011. tanév Kémia I. kategória 2. forduló Megoldások

Általános Kémia GY tantermi gyakorlat 1.

Általános Kémia Gyakorlat III. zárthelyi november 7.

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

A standardpotenciál meghatározása a cink példáján. A galváncella működése elektrolizáló cellaként Elektródreakciók standard- és formálpotenciálja

1. Gázok oldhatósága vízben: Pa nyomáson g/100 g vízben

1. feladat Összesen: 10 pont. 2. feladat Összesen: 6 pont. 3. feladat Összesen: 18 pont

Általános Kémia GY 4.tantermi gyakorlat

Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítı elıadás VI

Jegyzet. Kémia, BMEVEAAAMM1 Műszaki menedzser hallgatók számára Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár Dr Madarász János, egyetemi docens.

KÉMIA ÍRÁSBELI ÉRETTSÉGI- FELVÉTELI FELADATOK 1995 JAVÍTÁSI ÚTMUTATÓ

KÉMIAI ALAPISMERETEK (Teszt) Összesen: 150 pont. HCl (1 pont) HCO 3 - (1 pont) Ca 2+ (1 pont) Al 3+ (1 pont) Fe 3+ (1 pont) H 2 O (1 pont)

Elektrokémia kommunikációs dosszié ELEKTROKÉMIA. ANYAGMÉRNÖK NAPPALI MSc KÉPZÉS, SZABADON VÁLASZTHATÓ TÁRGY TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ

Minta feladatsor. Az ion neve. Az ion képlete O 4. Szulfátion O 3. Alumíniumion S 2 CHH 3 COO. Króm(III)ion

Kémiai reakciók sebessége

Kémiai alapismeretek hét

Ni 2+ Reakciósebesség mol. A mérés sorszáma

100% = 100 pont A VIZSGAFELADAT MEGOLDÁSÁRA JAVASOLT %-OS EREDMÉNY: EBBEN A VIZSGARÉSZBEN A VIZSGAFELADAT ARÁNYA 40%.

1. feladat Összesen: 10 pont. 2. feladat Összesen: 15 pont

Természetes vizek, keverékek mindig tartalmaznak oldott anyagokat! Írd le milyen természetes vizeket ismersz!

Az elektromos kettősréteg. Az elektromos potenciálkülönbség eredete, értéke és az azt befolyásoló tényezők. Kolloidok stabilitása.

Redox reakciók. azok a reakciók, melyekben valamely atom oxidációs száma megváltozik.

Kiss László Láng Győző ELEKTROKÉMIA

Termodinamikai egyensúlyi potenciál (Nernst, Donnan). Diffúziós potenciál, Goldman-Hodgkin-Katz egyenlet.

Elektro-analitikai számítási feladatok 1. Potenciometria

Adatok: Δ k H (kj/mol) metán 74,4. butadién 110,0. szén-dioxid 393,5. víz 285,8

Általános Kémia, BMEVESAA101

O k t a t á si Hivatal

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

A XVII. VegyÉSZtorna I. fordulójának feladatai és megoldásai

EGYÉB GYAKORLÓ FELADATOK Összetétel számítás

Általános Kémia, BMEVESAA101 Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár. Az anyag Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár,

A sav és bázis fogalma

KÉMIA FELVÉTELI DOLGOZAT

1. feladat Összesen: 15 pont. 2. feladat Összesen: 10 pont

Általános kémia gyakorlat vegyészmérnököknek. 2015/2016. őszi félév

Jellemző redoxi reakciók:

KONDUKTOMETRIÁS MÉRÉSEK

T I T - M T T. Hevesy György Kémiaverseny. országos döntő. Az írásbeli forduló feladatlapja. 8. osztály. 2. feladat:... pont. 3. feladat:...

KÉMIA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2010/2011. tanév Kémia II. kategória 2. forduló Megoldások

Általános kémia gyakorlat biomérnököknek

2014/2015. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló KÉMIA. I. KATEGÓRIA Javítási-értékelési útmutató

Átírás:

Elektrokémia B01 Mi a ph? Láng Győző Kémiai Intézet, Fizikai Kémiai Tanszék Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest

Mi a ph? 1:48:51 Természetesen mindenki tudja, hogy mi az a ph, hiszen tanulta az iskolában... De tényleg jól tudja? Az egy kicsit gyanús lehet, hogy szakmai körökben gyakran emlegetik úgy a ph-t, mint az egyik legrosszabbul definiált fizikaikémiai mennyiséget. Vajon mi lehet ennek az oka? E rövid előadás keretében megpróbáljuk kideríteni, és kísérletet teszünk arra, hogy rávilágítsunk az e rendkívül fontos mennyiséggel kapcsolatban felmerülő elméleti és gyakorlati problémákra.

1:48:51 3

010. október 4. 1:48:51 4

Mi a ph? illetve mi található a szakirodalomban? Például ilyen megfogalmazások: A ph (pondus Hidrogenii, hidrogénion-kitevő) egy dimenzió nélküli kémiai mennyiség, mely egy adott oldat kémhatását (savasságát vagy lúgosságát) jellemzi. A kémiailag tiszta vizet első közelítésben nemelektrolitnak szoktuk tekinteni. Valójában azonban a tiszta víz is disszociál és benne a H O H O + + OH 3 egyenlet szerinti autoprotolízis megy végbe, tehát az egyik vízmolekula savként viselkedik (protont ad le), a másik pedig bázisként viselkedik (protont vesz fel). Az előbbiek értelmében vízben és minden vizes oldatban egyidejűleg vannak hidrogén- (oxónium-) és hidroxidionok is. 1:48:51 5

Ezek mindegyikének koncentrációja (relatív aktivitása) változtatható, de ettől függően a másik ion aktivitása mindig akkora lesz, hogy a szorzatuk értéke az adott hőmérsékletnek megfelelő állandó érték legyen. A hidrogénion-koncentráció (-aktivitás) értékének egyszerűbb kezelhetősége kedvéért a negatív hatványkitevőjű kifejezés helyett a 10-es alapú negatív logaritmusát az ún. hidrogénexponenst, a ph-t adjuk meg: ph = lg a ph = lg( + H 3 O m H 3 O + m ) (1.) (.) A ph-nak az (1.) és (.) szerint definiált értéke igen kis ionerősségű oldatokban gyakorlatilag megegyezik egymással. Hasonlóképpen definiálhatjuk a hidroxidion-exponenst is: poh = lg a OH (3.). 1:48:51 6...stb."

Ahogy elkezdődött 1:48:51 7 Ismert tény, hogy a ph fogalmát eredetileg Søren Peder Lauritz Sørensen vezette be 1909-ben a ph = lg(c H +/c ) kifejezésnek megfelelően [1], amelyben c H + a hidrogénionok koncentrációja mol dm 3 -ben megadva, c =1 mol dm 3 pedig a standard anyagmennyiség-koncentráció. [1] S.P.L. Sørensen: Comptes Rendus des Travaux du Laboratoire Carlsberg 8, 1 (1909).

Ahogy elkezdődött 1:48:51 8 Később kiderült, hogy sokkal célszerűbb a ph-t a hidrogénionok (illetve helyesebben az oxóniumionok) a H3 O + tartalmazó relatív aktivitását ph = lg a H3 O + = lg(γ H3 O + m H3 O + /m ) összefüggéssel definiálni [], amelyben γ H3 O + a hidrogénionok gyakorlati (molalitásra vonatkozó) aktivitási tényezője az m H3 O + molalitású oldatban, m anyag/1 kg oldószer). pedig a standard molalitás (1 mol oldott [] S.P.L. Sørensen and K.L. Linderstrøm-Lang: Comptes Rendus des Travaux du Laboratoire Carlsberg 15, 6 (194).

Ahogy elkezdődött 1:48:51 9 Tudjuk, hogy A ph fogalmát eredendően a hidrogénionok oldatbeli aktivitásának mértékeként kívánták bevezetni. A ph = lg a H3 O + = lg(γ H3 O + m H3 O + /m ) kifejezésben azonban szerepel legalább egy olyan mennyiség (vagy az a H3 O + relatív ionaktivitás, vagy a γ H3 O + aktivitási tényező), amely termodinamikai módszerrel (kísérletileg) nem határozható meg, ezért a fenti kifejezés csak a ph fogalmi definíciójának ( notional definition ) tekinthető, ahogy ezt pl. a releváns IUPAC ajánlásokban egyértelműen ki is jelentik.

Ahogy elkezdődött 1:48:51 10 A terület szakértői igen korán egyetértettek abban, hogy a kémiai rendszerek savassági foka olyannyira fontos adat, hogy a ph definícióját és a mérések standardizálását illetően megállapodásra kell jutniuk [3]. [3] W.J. Waddel, R.G. Bates: Physiological Reviews 49 (), 85 (1969). Miről is van tehát szó?

Egyensúly tiszta vízben : H O H O + + OH 3 ~ ~ μ μ + μ λ = λ λ λ Ha λ H O 3 H + = + H3O OH HO + H3O HO OH ( a λ A vízionszorzat c, H - OλH O) = a + a λ + c,h O c,oh H O OH Az egyensúlyi állandó tiszta vízben : K v, c λh O = λ + λ H O OH 3 y c c O + - H3O OH ac,h O = a + a - = = c,h O c,oh 3 λ - OH c c + c - H3O OH 1és ac, H O 1, K v, c Lv, c c y - 3 = a c,h 3 a O + 3 a c,h O - c,oh - - L v, c 1:48:51 11

A vízionszorzat 1:48:51 1 Illetve : H O H O + + OH 3 K v, m λh O = λ + λ H O OH 3 - = a m,h 3 a O + a m,h m,oh O - λ λ H O 3 H + γ m m O + - H3O OH am,h O = a + a - = = m,h O m,oh 3 λ - m OH L v, m m + m H3O Ha γ 1és am, H O 1, K v, m Lv, m m OH -

Illetve : A vízionszorzat 1:48:51 13 t/ C K v,c 10 14 0 0,113 18 0,58 5 1,008 50 5,96 100 59,0 7 3-7 c + = c = 1,004 10 mol/dm,5 C-on, -lg(1,004 10 ) = 6,998 H 3 O OH C 10 14 K v,m C 10 14 K v,m C 10 14 K v,m 0 0.11 5 0.991 45 3.917 5 0.18 30 1.439 50 5.97 10 0.88 35.04 55 7.080 15 0.465 40.851 60 9.311 0 0.671 7-7 m + = m = 0,995 10 mol/kg,5 C-on, -lg(0,995 10 ) = H 3 O OH 7,00

Megjegyzés 1:48:51 14 Az egyszerűség kedvéért ebben az előadásban a vizes oldatok esetére szorítkozunk! A hidrogénion relatív aktivitását nemvizes közegben is lehet definiálni, ilyenkor pl. a HX H X + + X egyensúly állhat fenn, és a H X + = exp μ H X + RT μ H X +

IUPAC-ajánlások, ISO-szabvány 1:48:51 15

IUPAC-ajánlások, ISO-szabvány 1:48:51 16

IUPAC-ajánlások, ISO-szabvány 1:48:51 17

A ph műveleti definíciója 1:48:51 18 Mérési utasítással (legutóbbi: IUPAC 00): ph[x] ph[x] ph[s ] = ph[s] + Cella: Pt H oldat ref. elektród ph[s 1] = ph[s ] 1 F( Ee[S] Ee[X]) ln(10) RT vagy Ee[S 1] Ee[X] E [S ] E [S ] e 1 e Az S(tandard) oldatok ph-ja ismert. De honnan?

A ph műveleti definíciója 1:48:51 19 A ph mérésének elsődleges módszere az ún. Harned-cella használatán alapul Pt(s) H (g) S(tandard) puffer, Cl (aq) AgCl(s) Ag(s) A cellareakció: 1 H + + AgCl = Ag(s) + H + Cl A Nernst-féle egyenlet alapján a cella egyensúlyi elektromos potenciálkülönbsége így írható fel (E az AgCl Ag elektród standard elektródreakció potenciálja): E e = E RT ln 10 lg[( m F H + γ H + / m )( m Cl γ Cl / m )]

A ph műveleti definíciója 1:48:51 0 A Harned-cella összeállítására szolgáló edényzet

A ph műveleti definíciója 1:48:51 1 RT ln 10 Az Ee = E lg[( m + γ + / m )( m γ / m )] H H Cl Cl F egyenletet átrendezve felírhatjuk az ún. savassági függvényt: ( ( Ee E ) F p a + γ ) = lg( a + γ ) = + lg( m H Cl H Cl RT ln 10 Cl A fenti egyenlet bal oldalán álló lg(a H +γ Cl ) határértékének meghatározásához több olyan Harned-cellát kell összeállítani, amelyekben a kloridionok koncentrációja egyre kisebb, mérni kell az E e értékeket, majd a fenti egyenlet jobb oldalán álló kifejezés segítségével kapott értékek alapján (m Cl / m ) = 0-ra extrapolálni. O.K. a lg(a H +γ Cl ) ezzel megvan. De honnan vegyük a γ Cl -t? / m )]

A ph műveleti definíciója 1:48:51 A Debye-Hückel elméleten alapuló ún. Bates-Guggenheim-féle konvenció szerint lg γ Cl A = 1+ Ba ahol I = ½m i z i az ionerősség. A konvenció szerint Ba = 1,5 mol -1/ kg1/, míg A értékeit táblázatokban foglalják össze. E értékét egy 0,01 mol/kg koncentrációjú HCl-oldattal töltött Harned-cella segítségével kell meghatározni. Valamennyi lépést figyelembe véve: I I ph ( Ee E ) F = lg a + = lim + lg( m H 0 Cl Cl RT ln 10 / m )] m 1+ A I Ba I

A ph műveleti definíciója 1:48:51 3

A ph műveleti definíciója 1:48:51 4

A ph műveleti definíciója 1:48:51 5

A ph műveleti definíciója 1:48:51 6

A ph méréséhez használt eszközök és módszerek ph[x] = ph[s] + ph-mérés hidrogénelektróddal: F( Ee[S] Ee[X]) ln(10) RT 1:48:51 7 - A hőmérséklet legyen állandó - A diffúziós potenciált ki kell küszöbölni. (Az mi?)

A diffúziós potenciál szemléltető ábrája a Frakk, a macskák réme című alapműből 1:48:51 8

A ph méréséhez használt eszközök és módszerek 1:48:51 9 ph-mérés üvegelektróddal:

A ph A ph méréséhez használt eszközök és 1:48:51 30 módszerek További módszerek: - színváltozáson alapuló módszerek (ph-papír, indikátorok, [spektro]fotometria) - kinhidronelektród - antimonelektród - fém-oxid és félvezető szenzorok - NMR, stb.

A Néhány ph méréséhez jellegzetes használt félreértés eszközök 1:48:51 31 Meddig terjed a ph-skála???? Mit jelent az, hogy semleges kémhatású oldat????

A Néhány ph méréséhez jellegzetes használt félreértés eszközök 1:48:51 3 Alulról és felülről nyitott skála!!! Az, hogy egy oldat ph=7,0 esetén neutrális (semleges) vagy nem, az függ a hőmérséklettől!!!

1:48:51 33