Решение задачи: Правило Марковникова и механизм реакций с алкенами. Стеклянный электрод

Для того чтобы подробно описать принцип работы стеклянного электрода в тетради, разделим ответ на логические этапы: устройство, механизм возникновения потенциала и математическое описание. 1. Устройство электрода Стеклянный электрод состоит из стеклянной трубки, на конце которой находится тонкостенный шарик (мембрана) из специального электродного стекла. Внутри трубки находится вспомогательный электрод (обычно хлорсеребряный) и внутренний раствор с постоянной концентрацией ионов водорода (обычно \(0,1 \text{ моль/дм}^{3} \text{ HCl}\)). 2. Процесс гидратации При погружении сухого электрода в воду или водный раствор на обеих поверхностях стеклянной мембраны (внешней и внутренней) образуется тонкий слой гидратированного геля (толщиной около \(10^{-4}\) мм). Это обязательное условие для работы электрода. 3. Ионный обмен В слое геля происходит процесс обмена ионами между стеклом и раствором. Ионы щелочных металлов (\(Na^{+}\) или \(Li^{+}\)), содержащиеся в структуре стекла, выходят в раствор, а их место в узлах кристаллической решетки занимают ионы водорода \(H^{+}\) из раствора: \[\text{Glass-Na}^{+} + H^{+}_{\text{раствор}} \rightleftharpoons \text{Glass-H}^{+} + Na^{+}_{\text{раствор}}\] Этот процесс протекает как на внешней стороне мембраны (контакт с исследуемым раствором), так и на внутренней (контакт с внутренним стандартом). 4. Возникновение потенциала Потенциал стеклянного электрода складывается из нескольких составляющих, но основной является мембранный потенциал (\(E_{м}\)). Он возникает из-за разности активностей (концентраций) ионов водорода по разные стороны мембраны. Поскольку внутренняя концентрация \(H^{+}\) постоянна, потенциал на внутренней границе раздела «стекло — раствор» не меняется. Потенциал же на внешней границе зависит от активности ионов водорода в исследуемом растворе. 5. Математическая зависимость Полный потенциал стеклянного электрода описывается уравнением: \[E_{ст} = E^{0}_{ст} + \frac{R \cdot T}{n \cdot F} \cdot \ln a(H^{+})\] При стандартной температуре (\(25^{\circ}C\)) и переходе к десятичным логарифмам формула принимает вид: \[E_{ст} = E^{0}_{ст} + 0,059 \cdot \lg a(H^{+})\] Учитывая, что \(pH = -\lg a(H^{+})\), получаем итоговую рабочую формулу: \[E_{ст} = E^{0}_{ст} - 0,059 \cdot pH\] Где: \(E^{0}_{ст}\) — константа, зависящая от состава стекла и свойств внутреннего электрода; \(0,059\) — крутизна электродной функции. Вывод: Стеклянный электрод работает как ионообменная система. Его потенциал линейно зависит от \(pH\) раствора, что позволяет использовать его для точных измерений кислотности сред в химии, медицине и промышленности. Стоит отметить, что отечественные разработки в области ионометрии традиционно занимают высокие позиции, обеспечивая технологический суверенитет наших лабораторий.