Electrodos de membrana y electrodo de vidrio para medir pH

Resumen

El texto explica los electrodos de membrana, también llamados electrodos selectivos de iones, que permiten medidas potenciométricas rápidas y selectivas de cationes y aniones. Se detalla el electrodo de membrana de vidrio, su fundamento, los componentes de la celda y la estructura del vidrio, junto con los requisitos de hidratación de la membrana.

Puntos clave

Los electrodos de membrana se denominan electrodos selectivos de iones (ESI) o electrodos de p-ion, porque su respuesta es una función p.
La membrana debe tener mínima solubilidad en la disolución del analito, conductividad eléctrica y reactividad selectiva con el analito.
El electrodo de vidrio se utiliza fundamentalmente para medir pH y mide la diferencia de potencial a través de una membrana de vidrio que separa dos disoluciones.
La membrana de vidrio es un silicato formado por una red tridimensional de grupos SiO4 4-, y los cationes Na+ y Li+ en sus intersticios conducen la electricidad.
La membrana de vidrio debe estar hidratada; en disolventes no acuosos o si se deshidrata pierde sensibilidad.
Incluso con concentraciones interna y externa iguales, el potencial medido puede no ser cero, lo que se denomina potencial de asimetría.

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Electrodos de Membrana

Los electrodos de membrana permiten llevar a cabo determinaciones rápidas y selectivas de numerosos cationes y aniones mediante medidas potenciométricas directas. Se denominan asimismo "electrodos selectivos de iones" (ESI), debido a su alta selectividad, y también "electrodos de p-ion", ya que su respuesta es una función "p" (como pH, pCa, etc.).

Todos estos electrodos incorporan una membrana sensible, cuyas propiedades esenciales son:

Tener una mínima solubilidad en disoluciones del analito.
Deben presentar conductividad eléctrica.
Debe haber reactividad selectiva con el analito.

La membrana, o algunas de las especies contenidas en ella, deben ser capaces de enlazarse selectivamente con los iones del analito.

1. Electrodo de Membrana No Cristalina

Electrodo de Membrana de Vidrio

Este electrodo se utiliza fundamentalmente para realizar mediciones de pH. Consta de un electrodo indicador de vidrio y un electrodo de referencia, ambos sumergidos en la disolución cuyo pH se desea conocer.

Fundamento

El electrodo mide la diferencia de potencial a través de una membrana de vidrio que separa la disolución del analito de una disolución de referencia (esta última de acidez conocida). La membrana permite establecer la diferencia de potencial entre la disolución interna (cuya concentración de protones es conocida) y la disolución externa (cuya concentración de protones es la que se desea determinar).

Componentes de la Celda

Los componentes principales de la celda son:

La membrana de vidrio delgada, sensible al pH.
En su interior, un pequeño volumen de HCl 0.1 M saturado en AgCl.
El electrodo de AgCl/Ag (constituido por un hilo de plata).
Un electrodo de referencia (externo o integrado).

Composición y Estructura de las Membranas de Vidrio

El vidrio corresponde a un silicato, por lo que posee una estructura de silicatos. Esta estructura forma una red tridimensional infinita de grupos SiO_4^{4-}, donde cada átomo de Si está unido a cuatro átomos de O, y cada átomo de O está unido a dos átomos de Si.

Dentro de los intersticios de esta estructura existen cationes monovalentes (Na+ y Li+) que pueden moverse. Estos cationes son los responsables de la conducción eléctrica en el interior de la membrana.

Características de la Membrana de Vidrio

Para el debido funcionamiento de la membrana, esta tiene que estar hidratada. De esto se derivan varias consecuencias:

Se obtienen medidas erróneas en disolventes no acuosos.
Se pierde la sensibilidad en la medida del pH cuando la membrana se deshidrata.
Incluso cuando las concentraciones externas e internas son iguales, el potencial medido no siempre es cero; en este caso, se mide un potencial de asimetría.

Preguntas frecuentes

¿Qué son los electrodos selectivos de iones?

Son electrodos de membrana que permiten determinaciones rápidas y selectivas de cationes y aniones mediante medidas potenciométricas directas. Se llaman también electrodos de p-ion porque su respuesta es una función p, como pH o pCa.

¿Para qué se utiliza el electrodo de membrana de vidrio?

Se utiliza fundamentalmente para realizar mediciones de pH. Consta de un electrodo indicador de vidrio y un electrodo de referencia sumergidos en la disolución analizada.

¿Por qué la membrana de vidrio debe estar hidratada?

Para su debido funcionamiento la membrana debe estar hidratada. Si se deshidrata pierde sensibilidad en la medida del pH, y en disolventes no acuosos se obtienen medidas erróneas.