Elektrochemie voor MBO/Glaselektrode
De glaselektrode
Opbouw van de glaselektrode
- Het glasmembraam
- De binnenruimte van de meetelektrode. Deze ruimte is, behalve aan het ondereind, als buis in een buis in de referentieruimte (3) aanwezig.
- De ruimte met de referentie-elektrode.
- De meetelektrode, meestal van zilver en bedekt met zilverchloride.
- De buitenbehuizing van de elekltrode.
- De referentie-elektrode, meestal ook van zilver en ook bedekt met zilverchloride.
- De glasfrit. Dit is een poreus stukje in de buitenmantal van de elektrode. Hierdoor kan de oplossing in de referentieruimte contact maken met de oplossing waarin de meting wordt uitgevoerd.
Bovenaan de elektrode zit het aansluitsnoer. Het is hier weergegeven met één lijn, in de praktijk is dit een coax-kabel: de aansluiting voor de meetelektrode is (geïsoleerd) omvlochten met de aansluiting voor de referentie-elektrode. Waarschijnlijk ken je het principe van de coax-kabel van de kabels die gebruikt worden voor televisie-aansluitingen.
Essentieel is dat de oplossingen in de meetruimte (2) en de referentieruimte (3) beide uit óf een 3 mol.L-1 óf een verzadigde KCl-oplossing bestaan. In de meetruimte is ook nog een buffer pH = 7 aanwezig.Het potentiaalverschil
- Je kunt dit vergelijken met het meten van het niveauverschil tussen twee bassins: in elk bassin is een dobber aanwezig. De twee dobbers zijn identiek. Door aan de bovenkant van de dobbers het hoogteverschil te meten, weet je ook het niveauverschil tussen de bassins. Je weet dan alleen het niveauverschil tussen de twee bassins. Over het niveau van de bassins ten opzichte van zeeniveau is daarmee niets gezegd.
De glaswand
Je ziet hier een stukje van de glaswand met een kanaal erdoorheen. Het kanaal wordt gevormd door waterstofbruggen. Aan de linkerkant bevindt zich de oplossing waarin de concentratie H+ gemeten moet worden, rechts is de binnenzijde van de glaselektrode met de buffer van pH = 7.
In een zure oplossing
Op dezelfde manier wordt de lading van het waterstof-atoom steeds verder door het kanaal naar binnen gebracht. (Figuur 4 tot en met 9).
In de binnenruimte van de pH-elektrode bevindt zich een buffer met pH = 7.00, zodat een waterstof-ion dat daar verschijnt direct door de buffer wordt opgenomen en de concentratie waterstof-ionen weer netjes op 10-7 mol.L-1 uitkomt.
Daarmee is wat het kanaal door het glasmembraam betreft de beginsituatie hersteld (Figuur 10).).
Evenwicht
De lading, en daarmee de potentiaal in de binnenruimte van de elektrode is nu echter één elementair-lading hoger. Een volgend waterstof-ion heeft dus het verschil in concentratie als drijvende kracht, maar de (ook positieve lading) als tegenwerkende kracht.
Basische oplossing
- de concentratie waterstof-ionen is in de elektrode groter dan erbuiten.
- waterstof-ionen zullen door het kanaal naar buiten gaan.
- in de binnenruimte wordt het verlies van waterstof-ionen goedgemaakt door de buffer.
- door het vertrek van waterstof-ionen zal de binnenruimte van de elektrode steeds negatiever worden.
- er ontstaat evenwicht tussen de naar buiten werkende kracht van het concentratieverschil en de terugtrekkende kracht van de steeds negatievere binnenpotentiaal.
De referentie-elektrode
Als er, om welke reden ook, een potentiaalverschil is tussen de ruimte met de referentie-elektrode en de oplossing waarvan de pH gemeten wordt, dan zullen ionen snel door de glasfrit kunnen passeren en het potentiaalverschil opheffen. Beide oplossingen krijgen dezelfde potentiaal.
pH aflezen
|-
| In de figuur hiernaast is het potentiaalverloop van de referentie-elektrode naar de meetelektrode met een rode lijn weergegeven. Essentieel daarin is dat de potentiaalsprongen van de elektroden naar de oplossingen waar ze in staan (de afstanden a - c voor de meetelektrode, en b - d voor de referentie-elektrode) gelijk zijn. Daaruit volgt dat het potentiaalverschil tussen de elektrodes gelijk moet zijn aan het potentiaalverschil over het glasmembraan.
In de elektronica van de pH-meter wordt het gemeten potentiaalverschil omgezet in een pH-waarde die vervolgens op een display getoond wordt.
De cijfers vewijzen naar de figuur hiernaast:
1: glasmembraan; 2: binnenruimte glaseelektrode; 3: referentie-elektrode; 4: meet-elektrode; 6: referentie-elektrode; 7: glasfrit; 8: de te meten oplossing.
|
De praktijk
- De buffer in de binnenruimte kan langzaam verlopen
- In de verschillende onderdelen (vooral glasmembraan, glasfrit) kan vervuiling optreden waardoor de elektrode niet meer optimaal werkt. Dit kan gecorrigeerd worden door voor gebruik de pH-meter te kalibreren met een buffer pH = 7.0 en een buffer met pH = 4.0.
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 In hoeverre bijgaande beschrijving technisch correct is is schrijver dezes niet bekend. Ook wetenschappelijk is er waarschijnlijk een en ander op aan te merken. Het is in ieder geval wel een beschrijving die, naar ervaring van de schrijver, op havo-, VWO- en Mbo-niveau-IV door leerlingen begrepen kan worden en recht doet aan de technische beschrijving van de glaselektrode en de kennis van de scheikunde die leerlingen op dat moment (geacht worden te) hebben. Daarnaast is het didactisch niet ongebruikelijk om eerst de grote lijnen duidelijk te maken, en daarna pas de finetuning uit te voeren die voor een wetenschappelijk verantwoord begrip zorgt.