Definicja pH
pH jest ujemnym dziesiętnym logarytmem określającym stężenie [mol/dm3] kationów wodorowych H+ (wykładnik z wartości stężenia kationów wodorowych ze znakiem przeciwnym):
pH = -log [H+]
|
Stężenie [M]
|
10-1
|
10-2
|
10-3
|
10-4
|
10-5
|
10-6
|
10-7
|
10-8
|
10-9
|
10-10
|
10-11
|
10-12
|
10-13
|
10-14
|
|
pH
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
12
|
13
|
14
|
|
odczyn
|
kwaśny
|
obojętny
|
zasadowy (alkaliczny)
| |||||||||||
Tabela 1. pH
Jak wynika z powyższej tabeli jeśli pH mieści się w zakresie do 7, to mamy do czynienia ze środowiskiem kwaśnym, odczyn zasadowy jest powyżej 7. Jeśli dokładnie przyjmuje wartość 7 to występuje odczyn obojętny.
Czysta woda (destylowana) przyjmuje dokładnie wartość równą 7. Zapisując iloczyn jonowy wody:
[H+]*[OH-] = 10-14 mol/dm3
[H+] = [OH-] = 10-7 mol/dm3
W pH równym 7 stężenie jonów wodorowych i wodorotlenowych ma taka sama wartość.
Pomiar pH
Najpowszechniejszymi sposobami pomiaru wartości pH można dokonać przy użyciu pehametru albo wskaźników kwasowo - zasadowych.
Wskaźniki
Wskaźniki (indykatory) są słabymi kwasami lub zasadami o barwnych jonach w określonym zakresie pH,
a kolor zależy od odczynu.
Do określenia wartości pH używa się najczęściej następujących wskaźników:
- lakmus
- papierek uniwersalny
- fenoloftaleina
- oranż metylowy
- czerwień metylowa
- zieleń krezolowa
- błękit bromotymolowy
Najwygodniejszym sposobem określenia odczynu jakiegoś roztworu jest zastosowanie papierka uniwersalnego (zawiera kilka wskaźników), ponieważ pozwala wyznaczyć pH w rozległym zakresie. Taki rodzaj pomiaru jest orientacyjny.
Metoda potencjometryczna
Precyzyjniejsza wartość pH jest wynikiem zastosowania metody potencjometrycznej. Opiera się ona na porównaniu potencjałów roztworu porównawczego oraz badanego. Zgodnie ze wzorem Nernsta, wartość siły elektromotorycznej ogniwa zbudowanego z takich samych elektrod, zanurzonych w roztworach posiadających inne stężenie kationów wodorowych, wynosi:
E = log a1 / log a2
Zależy, więc ona, od stosunku logarytmu stężeń obu roztworów (a1, a2). Zatem znajomość stężenia jednego roztworu wystarcza, by wyznaczyć pH.
Wykonanie pomiaru pH
Elektroda, która służy do pomiaru, najczęściej jest szklana (rurka szklana), w jej wnętrzu umieszczony jest roztwór standardowy. Zanurza się ją do roztworu. W wyniku różnic potencjałów pomiędzy elektrodą pomiarową a mierzonym roztworem tworzy się siła elektromotoryczna, w skrócie zwana SEM. Wartość pH jest wyświetlana na elektronicznym monitorze. Tak jak już zaznaczono, pomiar stężenia kationów wodorowych, jest metoda porównawczą. Potencjał odniesienia stanowi inna elektroda, zanurzona w odpowiednim roztworze. Najczęściej używaną taką elektrodą jest elektroda kalomelowa (nazywa się tak ze względu na budowę).
Dwie elektrody: pomiarowa - szklana oraz odniesienia - kalomelowa są bezwzglednie konieczne do prawidłowego pomiaru wartości pH. Z uwagi na bardzo małe przewodnictwo szkła (izolator), zestaw pomiarowy charakteryzuje się dużą wartością oporu wewnętrznego w granicach 20 do 2000 omów, a powstająca siła elektromotoryczna układu, mają ca małą wartość, musi być wzmacniana (wzmacniacz stałego prądu posiadający dużą rezystancję wewnętrzną).
