pH - Laboratorio de Instrumentación Industrial

15/03/2010
pH
Definición:
El pH es una medida de la acidez
o alcalinidad de una sustancia.
Es un valor numérico que
expresa la concentración de
iones de hidrógeno (H+).
El pH no tiene unidades; se
expresa simplemente por un
número.
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pH ?
El resultado de una medición de
pH viene determinado por una
consideración entre el número de
protones (iones H+) y el número
de iones hidroxilo (OH-). Cuando
el número
ú
de protones iguala al
número de iones hidroxilo, el agua
es neutra.
pH !
Cuando el número de
iones hidroxilo es
mayor, la solución es
básica, Cuando el
número de protones
es mayor, la solución
es ácida.
La palabra pH es la abreviatura de
"pondus Hydrogenium". Esto significa
literalmente el peso del hidrógeno.
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Concentraciones pequeñas
Concentración
Fracciones muy
pequeñas
p
q
Escala logaritmica
Su expresión viene dada por el
logaritmo de la inversa de la
concentración del ion H expresada
en moles por litro.
Expresión:
pH
= log
1
[H + ]
Señalemos que el agua pura neutra tiene
una concentración de ion hidrogeno 10-7
moles p
por litro. Luego
g el pH
p será:
pH
= log
1
= 7
−7
[10
]
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Escala Logaritmica
El pH es un factor logarítmico; cuando una
solución se vuelve diez veces más ácida, el
pH disminuirá en una unidad. Cuando una
solución se vuelve cien veces más ácida, el
pH disminuirá en dos unidades.
Las medidas prácticas del pH se encuentran
entre los valores 0 a 14.
Métodos de determinación del pH
Papel indicador del pH.
pH No es muy preciso
Cambio de color en un experimento
químico de laboratorio. Mucho mas preciso
No sirve para determinación de modo
continuo
continuo.
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Métodos de determinación del pH
Mas exáctos y versátiles:
Electrodo de vidrio
Transistor ISFET (Ion Sensitive Field
Effect Transistor).
Electrodo de Vidrio
La principal herramienta para hacer
las mediciones de pH es el
electrodo de bombilla de vidrio
Tal vidrio tiene una composición
especial, sensible a los iones
hidrógeno.
ó
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Electrodo de Vidrio
En la parte interna de esta membrana se
encuentra una solución
ó de cloruro de
potasio de pH constante dentro de la cual
esta inmerso un hilo de plata recubierto
de cloruro de plata.
Al introducir el electrodo en el liquido se
desarrolla un potencial relacionado
directamente con la concentración del ion
hidrogeno del liquido.
Electrodo de Referencia
Es necesario disponer en la solución de
un segundo elemento o electrodo de
referencia.
Aparte de cerrar cl circuito, suministra un
potencial constante que sirve de
referencia para medir el potencial
variable del electrodo de vidrio.
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Electrodo de Referencia
El electrodo de referencia contiene una
célula interna formada por un hilo de
plata recubierto con cloruro de plata en
contacto con un electrolito de cloruro
de potasio.
Este electrolito pasa a la solución
ó muestra
a través de una unión liquida.
Potenciales:
E1: Potencial entre el electrodo metálico interior
y la
l solución
l ió tampón
t
ó que puede
d considerarse
id
constante para una temperatura dada.
E2: Caída de potencial entre el electrodo interior
y la cara interna de la membrana de cristal
(despreciable).
E3: Potencial entre solución tampón y superficie
de la membrana de cristal que es constante
gracias a la estabilidad de la solución tampón y
de la membrana de cristal.
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Potenciales
E4: Caída de potencial a través de la membrana
que se mantiene constante mientras la
membrana de cristal no sufra alteraciones de
origen químico o mecánico.
E5: Potencial entre superficie exterior de la
membrana de cristal y la solución ensayada que
varía con la concentración de iones hidrogeno
(pH)
( H) de
d la
l solución
l ió ensayada.
d
E6: Caída de potencial a través de la solución
ensayada que se considera despreciable.
Potenciales
E7: Representa el potencial de la unión liquida
entre
t lla solución
l ió ensayada
d y la
l de
d referencia.
f
i Su
S
valor es despreciable.
E8: La caída de potencial dentro del electrodo
de referencia es despreciable.
E9: Potencial de contacto entre el electrodo de
f
i y la
l solución
l ió de
d CIK que puede
d
referencia
considerarse constante si dicha solución no esta
contaminada.
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La ecuación de Nernst
La f.e.m. E5, desarrollada en el electrodo de
referencia es:
E = RT ln [ H+ ]exterior al electrodo__ = - RT pH
F
[ H+ ] interior en el electrodo
F
en la que:
E = Potencial
R = Constante
C
t t d
de los
l gases perfectos
f t
F = Número de Faraday
T = Temperatura absoluta
[ H+ ] = Concentración de iones hidrogeno
Medición:
La medida del pH con el electrodo de vidrio
se reduce a medir un potencial resultante
entre los electrodos de E1-E9 con una
resistencia interna considerable.
La tensión producida es de 58,2 mV por
cada unidad de pH a 20 ºC.
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Dificultades:
Recubrimiento o abrasión de la membrana
del electrodo de vidrio.
Soluciones no acuosas o de alta resistencia.
Taponamiento o fallo mecánico de da unión
del liquido en el electrodo de referencia.
Entrada de la solución de ensayo dentro de la
solución interna del electrodo de referencia.
Temperatura
La variación de temperatura influye en la
medida del pH. A pH constante alcanza
los 0,2 mV por grado centígrado. Por
ejemplo, pasa de 54,2 mV a 0 °C a 74
mV a 100 °C por unidad de pH.
Es necesario compensar la influencia de
las variaciones de temperatura de la
solución de ensayo.
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Circuito de medición
Ajuste:
Los accesorios requeridos para la
calibración del instrumento utilizan una
solución tampón para pH 7, con la cual
se corrige el cero, y otra solución
tampón para pH 4, si se quiere medir
una solución ácida y otra solución
tampón para pH 10, si la solución a
medir es básica.
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Productos y su pH:
pH
14
11
8.3
7.4
7.0
6.6
45
4.5
4.0
3.0
2.0
0
producto
Hidróxido de sodio
amoniaco
levadura en polvo
sangre humana
agua pura
leche
tomates
vino
manzanas
zumo de limón
ácido clorhídrico
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