Art. Sobre Medicixn de PH
3
Medición de pH en líquidos y semilíquidos Tecnología de medición Una de las magnitudes de medición más popularizadas en l íquidos es, sin duda, el pH. Ta nto a nivel de proceso como en laboratorio esta determinación es fundamental para la caracterización del grado de acidez, neutralidad ó alcalinidad de nuestro producto, sea líquido ó semisólido. Medir pH es una manera indirecta de medir concentración de un ión muy partic ular, el ión !idronio" #H$%. &a veremos que, la variabilidad de concentraciones es muy amplia de soluci ón en solución, y para traba'ar sobre una escala acotada, deberemos deslinealizar la medida. HISTORIA pH es la abreviatura del t(rmino latino pondus !ydrogenium #pondus)presión, !ydrogenium)!idrógeno%. *esde !ace tiempo atrás, se conocía que algunas soluciones presentaban sabores o sensaciones distintas al gusto, y se definió así un carácter ácido, básico o neutro para la gran variedad de soluciones e+istentes. ara aquel entonces, científicos como -orensen, ernst y /rr!enius ya predecían la e+istencia de iones y como (stos se disocian de mol(culas cuando entran en solución acuosa. 0l grado de acidez ó alcalinidad queda definido por la concentración molar del ión H$. 1ale mencionar que la medición de pH es un caso especial de medición 2-0 #ion selective electrode%. 0n este caso, la me dición es altamente selectiva al ión H$. PRINCIPIOS TEÓRICOS 0n 3454 el químico dan(s -6rensen definió el potencial Hidó!eno #pH% como el logaritmo negativo de la actividad de los iones !idrógeno. 0sto es7 *esde entonces, el t(rmino pH !a sido universalmente utilizado por la facilidad de su uso, evitando así el mane'o de cifras largas y comple'as. 0n disoluciones diluidas en lugar de utilizar la actividad del ión !idrógeno, se le puede apro+imar utilizando la concentración molar del ión !idrógeno. or e'emplo, una concentración de 8H $ 9 ) 3 : 35 ;< M #5,5555553% es simplemente un pH de < ya que 7 pH ) ;log835 ;< 9 ) < 0l pH típicamente va de 5 a 3= en disolución acuosa, siendo ácidas las disoluciones con pH menores a <, y básicas las que tienen pH mayores a <. 0l pH ) < indica la neutralidad de la disolución #siendo el disolvente agua%. -e considera que p es un operador logarítmico sobre la concentración de una solución7 p ) ;log8...9 , tambi(n se define el pOH, que mide la concentración de iones >H ? . uesto que el agua está disociada en una peque@a e+tensión en iones >H ; y H $ , tenemos que7 "# $ %H & '%OH ( '$)* ()+ en donde 8H $ 9 es la concentración de iones de !idrógeno, 8>H ? 9 la de iones !idró+ido, y A B es una constante conocida como producto iónico del agua. or lo tanto, log AB ) log 8H $ 9 $ log 8>H ; 9 ;3= ) log 8H $ 9 $ log 8>H ; 9 3= ) ;log 8H $ 9 ; log 8>H ; 9 pH & pOH $ )+ or lo que se puede relacionar directamente el valor d el pH con el del p>H. 0n disoluciones no acuosas, o fuera de condiciones normales de presión y temperatura, un pH de < puede no ser el neutro. 0l pH al cual la disolución es neutra estará relacionado con la constante de disociación del disolvente en el que se traba'e Ran!o pH Concent ación de H& mol,-it o 5 35 ?5 3 3 35 ?3 5,3 C 35 ?C 5,53 .cido D 35 ?D 5,553 = 35 ?= 5,5553 E 35 ?E 5,55553 F 35 ?F 5,555553 Neut o < 35 ?< 5,5555553 G 35 ?G 5,55555553 4 35 ?4 5,555555553 35 35 ?35 5,5555555553 Alcalino 33 35 ?33 5,55555555553 3C 35 ?3C 5,555555555553 3D 35 ?3D 5,5555555555553 3= 35 ?3= 5,55555555555553
description
pH
Transcript of Art. Sobre Medicixn de PH
Medicin de pH
Medicin de pH en lquidos y semilquidos Tecnologa de medicin
Una de las magnitudes de medicin ms popularizadas en lquidos es, sin duda, el pH. Tanto a nivel de proceso como en laboratorio esta determinacin es fundamental para la caracterizacin del grado de acidez, neutralidad alcalinidad de nuestro producto, sea lquido semislido. Medir pH es una manera indirecta de medir concentracin de un in muy particular, el in hidronio (H+). Ya veremos que, la variabilidad de concentraciones es muy amplia de solucin en solucin, y para trabajar sobre una escala acotada, deberemos deslinealizar la medida.
HISTORIA
pH es la abreviatura del trmino latino pondus hydrogenium (pondus=presin, hydrogenium=hidrgeno). Desde hace tiempo atrs, se conoca que algunas soluciones presentaban sabores o sensaciones distintas al gusto, y se defini as un carcter cido, bsico o neutro para la gran variedad de soluciones existentes. Para aquel entonces, cientficos como Sorensen, Nernst y Arrhenius ya predecan la existencia de iones y como stos se disocian de molculas cuando entran en solucin acuosa. El grado de acidez alcalinidad queda definido por la concentracin molar del in H+.
Vale mencionar que la medicin de pH es un caso especial de medicin ISE (ion selective electrode). En este caso, la medicin es altamente selectiva al in H+.
PRINCIPIOS TERICOS
En 1909 el qumico dans Srensen defini el potencial Hidrgeno (pH) como el logaritmo negativo de la actividad de los iones hidrgeno. Esto es:
Desde entonces, el trmino pH ha sido universalmente utilizado por la facilidad de su uso, evitando as el manejo de cifras largas y complejas. En disoluciones diluidas en lugar de utilizar la actividad del in hidrgeno, se le puede aproximar utilizando la concentracin molar del in hidrgeno.Por ejemplo, una concentracin de [H+] = 1 107 M (0,0000001) es simplemente un pH de 7 ya que: pH = log[107] = 7El pH tpicamente va de 0 a 14 en disolucin acuosa, siendo cidas las disoluciones con pH menores a 7, y bsicas las que tienen pH mayores a 7. El pH = 7 indica la neutralidad de la disolucin (siendo el disolvente agua). Se considera que p es un operador logartmico sobre la concentracin de una solucin: p = log[...] , tambin se define el pOH, que mide la concentracin de iones OH-.
Puesto que el agua est disociada en una pequea extensin en iones OH y H+, tenemos que:
Kw = [H+][OH]=1014en donde [H+] es la concentracin de iones de hidrgeno, [OH-] la de iones hidrxido, y Kw es una constante conocida como producto inico del agua.
Por lo tanto, log Kw = log [H+] + log [OH]
14 = log [H+] + log [OH]
14 = log [H+] log [OH]
pH + pOH = 14Por lo que se puede relacionar directamente el valor del pH con el del pOH. En disoluciones no acuosas, o fuera de condiciones normales de presin y temperatura, un pH de 7 puede no ser el neutro. El pH al cual la disolucin es neutra estar relacionado con la constante de disociacin del disolvente en el que se trabajeTcnica de medicin
El valor del pH se puede medir de forma precisa mediante un instrumento potenciomtrico, tambin conocido como pHmetro, un instrumento que mide la diferencia de potencial entre dos electrodos: un electrodo de referencia (generalmente de plata/cloruro de plata) y un electrodo de vidrio que es sensible al in hidrgeno.
Una reaccin de xido reduccin es aquella que implique intercambio de electrones entre especies atmicas (i.e. se producen cambios de valencia). Estas reacciones producen potenciales (voltajes) medibles y predecibles; como es sabido, las concentraciones relativas de las especies oxidantes y reductoras puede ser medida al determinar el potencial. La medicin se puede realizar insertando en la solucin un electrodo conductor no reactivo (Pt, Au, etc.) y un electrodo de referencia; la fuerza electromotriz establecida entre estos dos electrodos (medido con una mnima o nula circulacin de corriente) es una funcin del potencial de xido reduccin (POR o Eh). Esta medicin es la diferencia de los voltajes establecidos en cada electrodo y si la referencia fuese un electrodo de hidrgeno gaseoso, la medicin arrojara, precisamente, el potencial de xido reduccin real de la solucin (porque hemos establecido, por convencin, que el potencial del electrodo de hidrgeno gaseoso es, precisamente, cero y establece la escala de medicin).
Como el uso de electrodos de hidrgeno gaseoso es dificultoso y caro, se utilizan electrodos de referencia slidos y bastar corregir el potencial medido mediante el potencial de la referencia (una simple resta). La prctica comn es utilizar electrodos de referencia de "plata/cloruro de plata" o de "calomel". Estructura de un electrodo combinado moderno:
Damos por sabido que los valores de Eh de muy diversas soluciones se encuentran ampliamente reportados en la literatura. Slo es necesario enfatizar que tales tabulaciones se basan en referencia a un electrodo de hidrgeno, a 25C y 1 atm., y deben ser corregidas por el Eh del electrodo de referencia, la temperatura y la presin de operacin que se utilice en la aplicacin prctica. La forma general de la ecuacin de Nernst, especifica que el Eh que se observe, en volts, ser una funcin estricta de las actividades relativas de especies oxidantes y reductoras:
Donde R es la constante universal de los gases, T es la temperatura de la solucin, F es la constante de Faraday, n es el nmero de electrones de la reaccin REDOX, ESTD es el potencial estndar de la reaccin, y E es el potencial de la reaccin observada. Puede ser til recordar que, en condiciones estndar, RT/F=0,0591V. A ese valor se lo conoce como pendiente ideal del electrodo y va disminuyendo a medida que el electrodo cobra uso. Es un factor de mrito para definir la aptitud del electrodo.
Como se nota en la ecuacin de Nernst, la medida potenciomtrica es altamente dependiente de la temperatura y esto es lgico si consideramos que la movilidad inica aumenta conforme aumenta la temperatura. La incorporacin de un sensor de temperatura se justifica por el hecho que, a menudo, necesitamos obtener medidas de pH compensadas, esto es, normalizadas a una temperatura de referencia (tpicamente 25C).
Calibracin y mantenimiento
Los electrodos de pH, segn se mencion antes, entregan un potencial elctrico que es perfectamente comprensible en trminos tericos. An as, se destac que el potencial se ve afectado por imperfecciones del vidrio sensible (que se polariza o se ensucia) o por contaminacin del puente salino, como factores principales; ambos problemas producen un pequeo potencial fijo (positivo o negativo) que se suma al potencial de hidrgeno que se desea medir. De all que el amplificador (el peachmetro) debe incorporar una regulacin del cero, que permita compensar el potencial que se pudiese generar en el electrodo en pH 7 (es decir, cuando [H+] = [OH-]). Para mediciones precisas es necesario, adems, que el peachmetro incorpore un mecanismo de modificacin de la ganancia.
El procedimiento de calibracin consiste en enfrentar el electrodo a una solucin a pH 7. Naturalmente, si no se dispone de compensacin trmica automtica, se debe operar a la temperatura de trabajo o se debe indicar al instrumento la temperatura de la solucin. Para fijar el slope rampa, se dispone el electrodo sobre otro buffer de valor 4 10, segn el rango esperado de trabajo. Vale destacar que estas determinaciones deberan hacerse a distintas temperaturas para comprobar la compensacin automtica de temperatura, de disponerla.
Es buena prctica mantener el electrodo de pH sumergido en solucin de KCl al momento de almacenarlo. Esto previene el desecamiento de la membrana porosa. De todas formas, la vida til de un electrodo est limitada al agotamiento del electrolito y vara mucho de acuerdo a las condiciones de uso y cuidado. La mayora de los electrodos modernos no son reciclables, esto es, no aceptan una nueva recarga de electrolito.Interferencias
En la prctica, el electrodo de pH es un sensor de iones positivos en solucin, capaces de producir un intercambio inico por membrana. En general, el electrodo resulta extremadamente selectivo para iones hidrgeno pero puede ser interferido, en principio, por cualquier otro. La magnitud de la interferencia depende del tamao (radio atmico) del ion. En este sentido, se pueden observar interferencias por litio, sodio y potasio; pero, el potasio ionizado ya es suficientemente grande como para no interferir significativamente; por otra parte, no es usual trabajar con soluciones que contengan litio. As, el interferente principal resulta ser el sodio.
La interferencia por otros iones, en particular sodio, se expresa cuando la actividad de iones de hidrgeno es muy baja, por ejemplo, a concentraciones de 10-12 (i.e. pH 12, soluciones alcalinas) o menos (tambin se podra decir pH mayor). Adems, la frmula especfica del vidrio sensible hace variar la sensibilidad al sodio. El efecto del sodio es que la lectura obtenida indica un valor de pH mayor (es decir, se lee mayor alcalinidad que la que efectivamente existe) que el de la solucin, porque los iones sodio ocupan sitios de intercambio, impidiendo que "se vea" (se suele decir "enmascarando") el hidrgeno ionizado de la solucin.
Como ejemplo, estas son las especificaciones para un pHmetro de la firma Testo, modelo testo 230:
Rango de medicin: .. pH 0 a 14
-50 a +150C
1999 mV
Resolucin: . 0.01 pH
1 mV
0.1 C (F)
Precisin: 0.01 pH
1 dgito 0.4C/0.7F (-50 a -25C/-60 a -10F)
0.2C/0.4F (-25 a +75C/-10 a 165 F)
0.4C/0.7F (+75 a +100C/+165 a +210F)
0.5 del v.m. (999 a 1999 mV)
1 mV (0 a 999 mV)
0.2 mV (999 a 1999 mV)
Compensacin de temp. .. manual -10 a +150C (-15 a +300F)
automtica -50 a +150C (-60 a +300F)
Visualizador: dos lneas
Conexiones: enchufe BNC compatible para pH o pH/C enchufe mini DIN para sondas temp. (testo 110)
Vida de la pila: aprox. 100 horas
Otros: IP 54
aviso de carga de pila baja
desconexin automtica
(conversin C - F)
Realizado Por:
Testo Argentina SATel: (011) 4683-5050 E-mail: [email protected]. Directorio 4901 (C1440ASB) Bs. As.Testo Argentina SA es filial de Testo AG AlemaniaVisite nuestra pgina web en www.testo.com.ar
