Studentka medicíny v minisukni dostane u zkoušky z lékařské fyziky otázku "co je to potenciometr" - celá zčervená a prohlásí : "To je přístroj na měření mužské potence !". Zkoušející se rozčílí a kříčí "Véén", studentka zmizí, jak pára nad hrncem, ale pak se ke zkoušejícímu nakloní přísedící a říká "kolego to jste se ukvapil - měl jste jí ještě nechat, ať nám nakreslí schéma"...
Takže někteří moji čtenářové, kteří už utratili hromadu pěněz, mě nebudou mít rádi, ale výklad směřuje k výrobě elektronického pH metru, protože pH metr je přístroj dětsky jednoduchý. Nicméně, pokud jej postavíte mechanicky "podle návodu" je téměř 100% jisté, že vám nebude fungovat, protože jednoduchý přístroj je obklopen teorií "střední obtížnosti" o které je dobré něco vědět abychom mohli zapojení vůbec oživit.
Druhá věc, je, že jsem zabrousil - ne do mnou vychvalovaných husákovských - ale do dnešních učebnic chemie pro 7. třídy a výsledek byl tristní - výklad i otázky byly takového druhu, že podle informací v knize byste nepochopili nic a naopak - pokud byste někde nastudovali teorii nutnou pro postavení a oživení pH metru - stejně byste dneska dostali pětku - protože smysl otázek v kontrolním testu jsem nechápal ani po 30 letech v chemii.
Tedy potenciometrie je honosný chemický název pro měření elektrického napětí, a pokud máte multimetr se vstupním odporem alespoň 1 Gigaohm - můžete k němu rovnou připojit pH elektrodu a dále se nemusíme babrat s výkladem.... Na druhé straně vám chci předat nějaké ty chemické informace v "Husákovské kvalitě" takže i přestoře jseme de-facto skončili pokračujmše dále.
Tedy pokus číslo 1 - notoricky známý - do citrónu zapíchneme měděný drát a hřebík - jaký bude "potenciál" alias napětí takto vzniklého článku ? Tedy žil byl v carské Rusi Nikolaj Beketov -chemik, který se zabýval otázkami jak je možné, že některé kovy v kyselině (ve vodě) korodují a jiné nikoliv. A jak je možné, že pokud ponoříme hřebík do roztoku měďnaté soli začne se měď vylučovat na hřebíku jehož hmota se začne rozpouštět v roztoku. A vymyslel tzv. Beketovovu řadu standardních potenicálů kovů. Zlí jazykové říkají, že nahrubo vytvořil tento seznam reakcemi kovů s kyselinami, ale "najemno" jej dolaďoval olizovnáním dvojic kovových tyčinek a podrobnými záznamy "jaký to byl pocit" na jazyku. ERGO tabulka :
| kov | elektrodový potenciál Eº/V |
|---|---|
| lithium | −3,0401 |
| cesium | −3,026 |
| rubidium | −2,98 |
| draslík | −2,931 |
| barium | −2,912 |
| stroncium | −2,899 |
| vápník | −2,868 |
| sodík | −2,71 |
| hořčík | −2,372 |
| beryllium | −1,85 |
| hliník | −1,66 |
| titan | −1,63 |
| mangan | −1,185 |
| zinek | −0,7618 |
| chróm | −0,74 |
| železo | −0,44 |
| kadmium | −0,40 |
| indium | −0,34 |
| thallium | −0,34 |
| kobalt | −0,28 |
| nikl | −0,25 |
| cín | −0,13 |
| olovo | −0,13 |
| vodík | 0 |
| měď | +0,159 |
| bismut | +0,2 |
| osmium | ? |
| ruthenium | +0,300 |
| stříbro | +0,7996 |
| rtuť | +0,80 |
| platina | +1,188 |
| zlato | +1,52 |
ERGO měď má standardní potenciál +0,159 V železo -0,44 ERGO napětí článku bude maximálně 0,159 - (-0,44) = 0,599V což na CMOS digitálky kupodivu stačí. Proč píšu MAXIMÁLNĚ - jistě tušíte, že hřebík i měděný drát jsou "elektrody prvního druhu" a tudíž od jejich napětí je třeba odečíst postupně narůstající polarizační napětí.
Když tomu věnujeme ještě jednu nebo dvě myšleky -pohledem na řadu - vidíte že s rostoucím standardním napětím roste "korozivzdornost" daného kovu a dokonce je to tak že kovy se zápornějším potenciálem vytlačují "kladnější" kovy z jejich solí - proto se na hřebiku ponořeném do modré skalice začne vylučovat měď atd.
Zlepšovatelé mezi vámi by ještě namítli - proč nezapíchnout do citrónu třeba hliník to by bylo napětí skoro 1,5V. Na to odpovídám "ďábel se skrývá v detailech" tedy hliník se pokrývá vrstvičkou oxidu hlinitého která je korozivzdorná a nevodivá takže s hliníkem v citrónu bychom vyrobili pouze velmi uboze fungující elektrolytický kondenzátor. Pokud bychom do citrónu zapíchli třeba lithium, cesium, sodík, draslík, vápník, atd.... - zase by reakce s vodou v citrónu byla natolik prudká, že bychom se nevyhli plamenným efektům a poleptanému oku od reakcí vzniklého prskajícího hydroxidu....
OK takže to máme dva kovy v jednom elektrolytu, ale teď si představte situaci, že do "modré skalice" zapíchneme měděný drát - jaké na takovém článku bude napětí ? V principu žádné protože to není úplný článek ale jenom polovina článku. Chemici si ale s napětími tzv "poločlánků" dovedou poradit a to tak, že kombinují různé poločlánky dohromady a zkoumáním jaké napětí generují "celé články" můžeme usoudit jakým napětím se na tom podílejí jednostlivé poloviny.
OK takže vyrobíme nejjednodušší "celý článek" - do modré skalice ponoříme dva měděné dráty - jaké bude napětí ? - pořád nula a to proto že dva zcela identické poločlánky se zcela identickým napětím zapojené proti sobě ani jiné napětí nemohou produkovat. Takže potřebujeme techniku jak spojit články typu "měď v síranu měďnatém" s článkem typu "železo v chloridu železitém".
Je vám jasné, že pokud bychom do nádoby nalili síran měďnatý, chlorid železitý, a ponoříli tam měď a železo - vznikne "hňahňačka" ve které opět nenaměříme nic. Proto je třeba použt "separátor" - tedy fintu jak to udělat aby elektrony procházely z článku do článku, ale elektrolyty se přesto nemísily. Praotec "galvanického článku" Alessandro Volta třeba nechal kyselinu nasáknout od papíru, nebo se používá keramický neglazovaný květínáč, který navlhne a tím propustí elektrony, ale ionty z roztoků propouští jen velice pomalu.
MY chemici používáme jako separátory tzv "solné můstky" tedy něco jako "tekuté dráty" - alias hadičku / trubičku naplněnou nějakým velmi dobře vodivým roztokem (nasycený roztok chloridu draselného, nebo v nouzi sodného (obyč soli.)). Hadička má často ještě na obou koncích ucpávky z neglazované keramiky, neglazovaného porceláný, nebo jiné porézní a odolné hmoty, které ještě dále ztěžují možnost smíchání roztoků. U takto konstruovaných článků si pak můžeme dovolit kombinovat "cokoliv s čímkoliv". Jelikož se nám roztoky nemísí - můžeme si dovolit aby "modrá skalice" v jedné nádobě měla jinou koncentraci než modrá skalice ve druhé nádobě.
Napětí takového článku pak spočteme podle Nernstovy rovnice, která ve zjednodušené formě pro 25 stupňů teploty a vodné prostředí je ve vzorečku nahoře. Kde E0 je rozdíl standardních potenciálů elektrod (u nás 0), z je mocenství iontů (u mědi 2) a C1/C2 je poměr koncentrací měďnatých iontů v jednom a druhém poločlánku.
Jasné ? Opravdu bych se divil, kdybyste teď nebyli naprostí jeleni, kteří netuší jak od těchto chemických hrůz dojít až k pHmetru, protože toho mám taky dost tak budu jenom v bodech naznačovat, kam se vydáme příště:
- Pokud C2 znám - je poločlánek s C2 tzv. referenční a změřením napětí mohu dopočítat neznámé C1
- Jako kov mi v rozotcích může vystupovat nejenom měď reagující s měděnými elektrodami, ale i vodík reagjící s "vodíkovými elektrodami"
- logaritmus koncentrace vodíkových protonů je pH
Teď je to jasnější ?
Zbývá už jenom rada paní Kubáčové novomanželkám : Každá mladá žena musí bedlivě hlídat koho si pustí do podprsenky.
Dalík | 31. srpna 2014 v 16:50
Jako solný můstek se mi osvědčila 6 mm plastová ohebná trubička dlouhá asi 10 cm, našťouchaná skelnou vatou, a zalitá příslušným roztokem, která když spadne na zem, tak se nerozbije.Pokud poněkud slevíme, dá se něco jak pH metr zhotovit z Cmos operačního zesilovače 272 který zapojíme jeden jako symetrický zdroj, druhý jako sledovač, a dráty připojíme k běžnému multimetru.