شناساگرهای شیمیایی

شناساگرهای شیمیایی:

در حالت کلی شناساگر ماده ای رنگی است که معمولا از مواد گیاهی به دست می آیند و می توانند به شکل اسیدی یا بازی موجودیت یابند.شناساگرها برای شناسایی اسید ها و بازها به ما کمک می کنند به طوری که ساده ترین راه برای تخمین pH استفاده از یک شناساگر است.با افزودن مقدار کمی از یک شناساگر به یک محلول تشخیص اسیدی یا بازی بودن آن ممکن می شود و در صورت مشخص بودن pH تغییر شناساگر از یک شکل به شکل دیگر با توجه به رنگ مشاهده شده می توان تعیین کرد که pHمحلول کمتر یا بیشتر از این مقدار است.

بعضی از این مواد هزاران سال است که برای نشان دادن خصلت اسیدی یا بازی محلول ها به کار رفته است.

شناساگرهایی وجود دارد که معروفترین آنها لیتموس (تورنسل ) است که در محیط اسیدی قرمز و در محیط بازی آبی و در حدود خنثی بنفش رنگ است.تغییر رنگ آن در نزدیکی pH برابر 7 رخ می دهد.فنل فتالئین معرف دیگری است که بیشتر برای بازها قابل استفاده است .این ماده جامدی سفید رنگ است که در آزمایشگاه محلول الکلی آن را به کار می برند.این محلول در محیط اسیدی بی رنگ و در محیط بازی رقیق ارغوانی است.

فنل فتالئین(phenolphthalein):

فنل فتالئین یا فنل فتالین پودری

[vip-members]

ریزدانه و سفید رنگ و یک ترکیب شیمیایی با فرمول C20H14O4 و با چهارگونه مولکول مختلف می باشد.این ماده به طور معمول شناساگر و یا معرفی برای اسیدها و بازهاست و دامنه کاربرد pH آن از 3 تا 7 است. در محیط اسیدی بی رنگ و در محیط بازی قرمز ارغوانی است.فنل فتالئین در آب نامحلول است و اغلب در آزمایشگاه ها محلول الکلی آن را تهیه می کنند.این ماده به خودی خود یک اسید ضعیف بوده و در محلول یون هیدروژن آزاد می کند.

طریقه آزمایش:

کمی سدیم را در مقداری آب بیندازید سپس چند قطره محلول الکلی فنل فتالئین در این محلول بریزید مشاهده خواهید کرد رنگ محلول ارغوانی میشود.حال اگر کمی اسید استیک (CH3COOH) در آن بریزید مشاهدهه خواهید کرد رنگ آن به حالت اولیه باز می گردد.سپس کمی سود سوز آور(سدیم هیدروکسید) در آن بریزید خواهید دید که رنگ آن به ارغوانی باز می گردد .این تغییرات به خاطر اسیدی و بازی شدن محیط است. به طوری که وقتی محیط اسیدی می شود رنگ فنل فتالئین بی رنگ می شود و وقتی محیط بازی می شود رنگ محلول ارغوانی می شود.

امروزه ترکیبی از این شناساگرها را در نوارهای کاغذی نهفته اند که اگر در یک محلول قرار گیرد نسبت به تغییر رنگ ایجاد شده می توان  درجه اسیدی یا بازی بودن آن محلول را مشخص کرد.

شناساگرشیمیایی

pH متری:

یکی از  مهم در بسیاری از پروژه ها استفاده از pH متر می باشد.اندازه گییری pH محلول ها با استفاده از pH متر یک امر ضروری است که در زمینه هایی نظیر خاک شناسی ,تصفیه آب و تشخیص های پزشکی مهم می باشد.

در پتانسیو متری مستقیم و سنجش های حجمی به روش پتانسیومتری یک دستگاه اندازه گیری پتانسیل و دو الکترود لازم است.معمولا یکی از این الکترودها را الکترود اندیکاتور(شناساگر) و الکترود دیگر را الکترود رفرنس (مرجع) می نامند .یک دستگاه پتانسیومتر pH متر نیز می باشد .اساس بسیاری از اندازه گیری های الکتروآنالیتیکی بر روی تغییراتی است که فقط در یکی از الکترودها (الکترود آندیکاتور ) روی می دهد.این الکترود نسبت به غلظت یون خاصی که در pH متری یون H+ است عکس العمل نشان می دهد.معمولا از الکترودهای Ion Selective (انتخاب گر یون) به عنوان الکترود شناساگر استفاده می شود که الکترود شیشه ای یکی از این الکترودهاست .غشای شیشه ای الکترود شیشه ای بسته به یونی که می خواهیم اندازه گیری کنیم متفاوت است .در pH متری الکترود شیشه ای انتخاب می کنیم که غشای آن نسبت به تغییرات یون H+ محلول حساسیت دارد.لذا غشا نازک شیشه ای بر این اساس ساخته شده است.

الکترود مرجع می تواند الکترود هیدروژن یا الکترود کالومل (جیوه) باشد چون شرایط لازم برای نگهداری الکترود هیدروژن مشکل است معمولا از الکترود کالومل استفاده می شود .اغلب الکترودهای شیشه ای و الکترود کالومل را در قالب یک الکترود می سازند و به صورت یک الکترود در pH متری به کار می برند.

الکترود شیشه ای :

ترکیب شیشه در غشا نازک این الکترودها دقیقا کنترل شده است .با تغییر اجزا تشکیل دهنده غشا نازک شیشه ای می توان یون های مختلفی را با این الکترود موردسنجش قرار داد .جنس شیشه ای که در غشا نازک شیشه ای بکار برده می شود مخلوطی از اکسیدهای عناصری است که دارای عدد اکسیداسیون 3 و 2 و 1 می باشد.معمولا شیشه های حاوی

75-60 درصد یونی SiO2 , 20-2 درصد Al2O3 , 6-5 درصد BaO یا CaO و مقادیر متغیری از اکسید گروه IA می باشد.مخلوط این اکسیدها ذوب و سرد شده و شیشه را تشکیل میدهد.

از آنجایی که کاتیون های یک ظرفیتی در ساختمان سه بعدی شیشه تحرک نسبی دارند لذا این کاتیون ها از محلولی که شیشه در آن فرو رفته است می تواند به داخل شیشه نفوذ کند در قسمت هایی از شیشه که بار منفی دارد جذب و تبادل کاتیون کند .اختلاف پتانسیل در د طرف غشا نازک شیشه به فعالیت یون های محلول رفرانس داخلی و فعالیت یون محلول نمونه خارجی بستگی دارد.در شکل زیر نمای یک الکترود شیشه ای را نشان داده ایم.

الکترود شیشه ای

الکترود شیشه ای

اگر محلول مورد آزمایش را در بشر ریخته و الکترودهای کالومل و شیشه ای را در داخل محلول گذاشته و به دستگاه pH متر وصل کنیم پتانسیل بین دو الکترود در یک درجه حرارت ثابت از مجموع چهار پتانسیل زیر حاصل می شود:

1- پتانسیل الکترود کالومل ( HgCl) که مقداری ثابت است.

2- پتانسیل تماس بین محلول کلرید پتاسیم و محلول مورد آزمایش که از نوع پتانسیل مایع-مایع بوده و ناچیز و قابل صرف نظر کردن است.

3- پتانسیل بین دو محلول با pH های مختلف یعنی نمونه مورد آزمایش داخل بشر و محلول تامپون داخل الکترود شیشه ای (محلول رفرانس داخلی)

4- پتانسیل الکترود شیشه ای که مقداری ثابت است.

بنابراین پتانسیل کل بین دو الکترود چنین است:

E=مقداری ثابت + اختلاف پتانسیل دو محلول با ṗḤ متفاوت

چون pH محلول رفرانس داخلی (تامپون) ثابت است و pH محلول نمونه تغییر می کند اختلاف پتانسیل دو محلول در 25 درجه سانتی گراد برابر می شود با :

E =مقدار ثابت – 0.059 Log H+ = مقدار ثابت+ 0.059 Ph

E=مقدار ثابت + 0.059 pH

کالیبره کردن pH متر (Calibration):

روش کار:

دو شاخه دستگاه pH متر را برق وصل کنید و حدود 5 دقیقه صبر کنید تا دستگاه گرم شود .بشر 50 میلی لیتری را شسته و از محلول بافر با pH=7 یا pH=4 تا حدود نیمه پر کنید.الکترودها را وارد محلول نمایید و با فاصله نسبت به کف بشر قرار دهید تا هم ال کترود در محلول قرار گیرد و هم بهم زن مغناطیسی بتواند شمش مغناطیسی را بچرخاند.پیچ درجه حرارت را نیز روی درجه حرارت محلول قرار دهید (به کمک ترمومتر) کلید دستگاه را در حالت روشن و وضعیت pH محلول قرار دهید.

در این حالت باید عقربه درست در مقابل pH محلول بافر قرار گیرد در غیر این صورت با پیچ مخصوص روی عدد مورد نظر قرار دهید و تا خاتمه آزمایش به پیچ درجه حرارت و پیچ تنظیم pH دست نزنید.

توجه:الکترود pH متر را باید در محیط آبی نگه داری نمود.

هنگامی که یک الکترود شیشه ای تازه ساخته شده در آب قرار می گیرد یون های فلزی قلیایی روی سطح شیشه به آرامی با یون های هیدروژن داخل آب تعویض می شوند و لایه نازکی از سیلیسیک اسید تشکیل می شود.آب پوشی غشای شیشه ای با یک واکنش شیمیایی همراه است که در آن کاتیون های تک بار شیشه با پروتون های محلول مبادله می شوند.

H+ + NaCl- ↔ Na+ + HCl

الکترود در حالت عدم استفاده باید در محلول آبی نگهداری شود.به طوری که لایه ژل آبدار شیشه خشک نشود و در نتیجه پاسخ پایداری در مراحل طولانی مدت به دست آید.در عمل سطح یک غشا شیشه ای باید پوشیده باشد تا این که بتواند نسبت به pH فعالیت نشان دهد البته در صورت خشک شدن,پس از قرار گرفتن در آب به مدت چند ساعت حساسیت آن دوباره بر می گردد.

 

دستگاه pH متر

 

[/vip-members]

 

0