La medición de pH se usa en una amplia variedad de aplicaciones: agricultura, tratamiento de aguas residuales, procesos industriales, monitoreo ambiental y en investigación y desarrollo. El pH es una medida de la acidez o alcalinidad de una solución. El valor del pH establece la cantidad relativa de iones de hidrógeno (H +) contenida en una solución. Cuanto mayor sea la concentración de H +, más ácida la solución y el pH Baje. En esta relación, el pH se define como el logaritmo negativo de la actividad de hidrógeno. Un sistema de medición de pH estándar consta de tres elementos: 1) electrodo de pH BOQU. 2) Elemento de compensación de temperatura BOQUS y 3) medidor o controlador de BOQU.

¿Cuál es la definición de pH?

El valor de pH de una solución es el registro negativo de su actividad de iones de hidrógeno (α), que es el producto de la concentración de iones de hidrógeno [H +] y el coeficiente de actividad de hidrógeno (GH +) en esa concentración.

ph = -log α = -log γh + [h +]

En agua pura y en soluciones diluidas, la actividad H + puede considerarse la misma que la concentración H +.

pH = -log γh + [H +] = -log [h +]

El pH de una solución mide el grado de acidez o alcalinidad en relación con la ionización del agua. El agua pura se disocia para producir 10-7 m de [H +] y [OH-] a 25 ° C; Por lo tanto, el pH del agua es 7, el punto de neutralidad.

phwater = -log [h +] = -log 10-7 = 7

La mayoría de las lecturas de pH varían de 0 a 14. Las soluciones con un [H +] más alto que el agua (pH menos de 7) son ácidas; Las soluciones con un [H +] más bajo que el agua (pH mayores de 7) son básicas o alcalinas.

Definición de pH

La medición de pH implica comparar el potencial de soluciones con un desconocido [H +] a un potencial de referencia conocido. Los medidores de pH convierten la relación de voltaje entre una halfcell de referencia y una media célula de detección a los valores de pH. Hoy en día, la mayoría de los electrodos son electrodos de combinación con la referencia y las medias células detectadas en el mismo cuerpo.

Las medias células de referencia contienen un conductor (generalmente de plata con un recubrimiento de cloruro de plata) sumergido en una solución con [H +] conocido. El potencial entre este conductor interno y la solución conocida es constante, proporcionando un potencial de referencia estable. 

La detección de las medias células (medir las medias células) está hecha de un tubo de vidrio (o epoxi) no conductor sellado a una membrana de vidrio conductora. Al igual que la media célula de referencia, la media célula de detección también contiene un conductor sumergido en una solución electrolítica tamponada, lo que garantiza voltajes constantes en la superficie interior de la membrana de vidrio y el conductor de detección.

Cuando elelectrodo de pH Se sumerge en la solución a medir, se establece un potencial en la superficie de la membrana de vidrio de detección. Si la solución desconocida  es neutral, la suma de voltajes fijos en la superficie interior de la membrana de vidrio y en el conductor de detección, aproximadamente equilibra el voltaje en la superficie exterior de la membrana de vidrio y la media célula de referencia. Esto resulta en una diferencia de potencial total de 0 MV y un valor de pH de 7.

En soluciones ácidas o alcalinas, el voltaje en la superficie de la membrana externa cambia proporcionalmente a los cambios en [H +]. El medidor de pH detecta el cambio en el potencial y determina [H +] de lo desconocido por la ecuación NERNST:

dónde:

E = diferencia de potencial total (medida en MV)

T = temperatura en kelvin

n = número de electrones

E ° = potencial de referencia

F = constante de Faraday

R = constante de gas

[H +] = concentración de iones de hidrógeno

compensación de temperatura del pH

El pH de cualquier solución es una función de su temperatura.  La salida de voltaje del electrodo cambia linealmente en la relación a los cambios en el pH, y la temperatura de la solución determina la pendiente del gráfico. Una unidad de pH corresponde a 59.16 MV a 25 ° C, el voltaje estándar y la temperatura a la que se hace referencia a todas las calibraciones. El voltaje del electrodo disminuye a una unidad de 54.20 mV / pH a 0.0 ° C y aumenta a 74.04 mV / unidad de pH a 100.0 ° C

Dado que los valores de pH son dependientes de la temperatura, las aplicaciones de pH requieren algún tipo de compensación de temperatura para garantizar que estandará los valores de pH.  Los medidores y los controladores con compensación automática de temperatura (ATC) reciben una señal continua a partir de un elemento de temperatura y corrigen automáticamente el valor del pH en función de la temperatura de la solución.  La compensación manual de la temperatura requiere que el usuario ingrese la temperatura. ATC se considera más práctico para la mayoría de las aplicaciones de PH.