In lucrarea de fata se trateaza aspecte teoretice si practice ale pH-ului si metodelor de masurare ale acestuia, indicandu-se unele aplicatii ale acestuia in diferite domenii.
Aceasta lucrare este structurata pe sapte capitole, fiecare dintre ele tratand aspecte diverse ale studiului pH-ului si aplicatiilor sale.
Capitolul de fata aduce lamuriri de ordin general cu privire la scopul si cuprinsul lucrarii.
In capitolul doi se prezinta cateva notiuni teoretice de baza despre pH incepand cu definirea notiuni de pH, gradul de aciditate si alcalinitate al solutiilor, calculul si modul de reprezentare a pH-ului si caracteristicilor statice ale procesului de neutralizare.
Capitolul trei pune in evidenta cateva metode de conversie a pH-ului in semnal electric, tipurile de electrozi utilizati.
Masurarea pH-ului se poate realiza fie prin metode electromagnetice, care se bazeaza pe diferenta de potential care apare intr-o solutie care contine ionii sai si solutia respectiva, diferenta de potential care depinde de concentratia acestor ionii si temperatura; sau prin metoda curenta, metoda ce se bazeaza pe definitia operationala.
Elementul propriu-zis cu care se realizeaza masurarea se numeste electrod si este de fapt traductorul de pH.
Electrozii folositi in masurarea pH-ului sunt de doua tipuri, electrozi indicatori ai activitatii ionilor de hidrogen si electrozi de referinta.
In capitolul al patrulea este prezentat un pH-metru electronic termocompesat ce realizeaza compensarea variatiilor de temperatura cu ajutorul unui semnal ce provine de la o sursa de referinta de tensiune de mare precizie.
Capitolul al cincilea prezinta unele din aspectele masurarii pH-ului in instalatiile industriale,cum ar fi industria celulozei, alimentara sau in procesele de extractie si prelucrare a produselor petroliere.
Unele criterii de alegere a pH-metrelor sunt evidentiate in capitolul al saselea, criterii ce tin cont de eficacitatea operationala, de costurile de utilizare sau de caracteristicile aplicatiei si specifiarea performantelor de referinta.
CAPITOLUL 2.
NOTIUNI GENERALE DE pH
Notiunea de pH a fost introdusa de Sorensen in anul 1909 sub denumirea de exponent de hidrogen si a devenit familiara tuturor specialistilor chimisti si biochimisti, semnificatia ei ramanand insa si in prezent un subiect controversat.
Datorita unor inconveniente de ordin experimental al metodelor de determinare al pH-ului, s-a cazut de acord ca notiunea de pH sa fie definita pur experimental, in functie de metoda de masurare.
Diversitatea metodelor de determinare a pH-ului si alegerea, dintre acestea, a celei mai adecvate, in functie de domeniul de lucru si de scopul urmarit, pun de asemenea la incercare pe experimentator si pe chimist.
In multe procese de productie se folosesc solutii de apa din diferite substante care au o reactie neutra, acida sau alcalina. Gradul de aciditate sau alcalinitate a acestor solutii se caracterizeaza prin marimea curentului numit indicator de concentratie activa a ionilor de hidrogen, notat pH.
Gradul de aciditate sau alcalinitate reprezinta unul dintre indicii cei mai importanti ai solutiilor ce intervin in procesele de fabricatie cu caracter chimic, masura sa fiind data de concentratia ionilor de hidrogen.
Prin definitie, potentialul de hidrogen este
pH= -log CH+
unde CH+ este activitatea ionilor de hidrogen,
CH+= H+ fH
H+ fiind concentratia ionilor de hidrogen exprimata in moli/litru, iar fH este coeficientul lor de activitate.
Pentru apa pura, la temperatura de 25(C, pH= 7. Gama uzuala de valori pentru pH este 1 . 14, valorile 1 . 7 corespund solutiilor acide, iar valorile 7 . 14 corespund solutiilor bazice.
Valoarea pH-ului este utilizata, in general, pentru a indica proprietatile acide sau bazice ale unor medii lichide.
La concentratii mari a ionilor de hidrogen solutia are proprietatile acidului, iar la concentratii mici solutia are proprietati alcaline. La variatia concentratiei ionilor de hidrogen de la proprietati minimale la proprietati maximale, solutia se schimba de la un caracter puternic alcalin pana la un caracter puternic acid.
Pentru notarea marimi concentratiei marimilor de hidrogen care caracterizeaza proprietatile solutiilor exista o scala speciala si anume scala pH. Fiecare numar al acestei scale se determina din numarul ionilor de hidrogen continuti in solutie, cifrele scalei sunt logaritm zecimal negativ a concentratiei ionilor activi de hidrogen.
Punctul central al scalei este pH=7, acest numar corespunde reactiei neutre si proprietatilor neutre ale solutiei. In practica pH=7 este apa chimic pura.
Punctele scalei cu valori mai mari de 7 corespund solutiei care are proprietati alcaline, iar cele mai mici de 7 corespund solutieiilor cu caracter acid.
Cresterea pH-ului intr-o solutie, corespunde micsorari concentratie ionilor de didrogen in ea, intrucat la variatia pH-ului cu o unitate ionii de hidrogen se schimba de 10 ori, cu doua unitati de 100 de ori, etc.
In solutiile care se intalnesc in practica pH-ul de obicei nu este sub 2 si peste 10. Dar exista acizi concentrati, la care pH-ul poate scadea pana la -2, iar la solutiile alcaline concentrare , pH-ul poate fi mai mare de 15.
Pentru a intelege caracteristica statica a unui proces de neutralizare este necesar sa se cunoasca unele aspecte esentiale privind ionizarea solutiilor acide si bazice.
In apa pura are loc reactia de transfer de proton, realizandu-se echilibru:
H2O+ H2O (( H3O++OH-
constanta de aciditate a apei fiind:
K=(CH2O+. COH-)/ CH2O
Concentratia apei CH2O este practic constanta ( 55.5 molii/l la
25 C ), astfel incat aceasta poate fi inclusa in constanta de aciditate, deoarece echilibrul este mult deplasat spre stanga, gradul de ionizare fiind foarte mic.
Deci: Kw( CH3O+. COH- ( CH+. COH-[moli/l]
unde , din motive de simplitate, pentru ionul de hidroniul H3O+ s-a utilizat notatia H+.
Constanta Kw, numita produs ionic al apei, variaza cu temperatura:
TEMP0 (C10(C20 (C25(C30 (C50 (C1014Kw0.1130. 2920.6811. 0081.475. 47
rezulta: CH+= COH-=(Kw
In orice solutie apoasa exista concomitent atat ioni H+, cat si ioni OH-.
Concentratiile ionilor H+ si OH- pot fi variate prin modificarea concentratiei electrolitului, in limitele solubilitati, dar produsul ionic CH+. COH- este intodeauna constant si anume egal cu produsul ionic al apei la temperatura respectiva.
Acizi tari pot fi considerati izolati complet in solutiile diluate.
Concentratia ionilor H+ in solutiile apoase se exprima logaritmic:
pH=-log CH+=log(1/ CH+).
Prin logaritmare expresia devine:
-log CH+-log COH-=-logKw
Daca se noteaza pOH=-log COH- si se tine seama ca la 25(C, Kw(10-14,avem:
pH+pOH=14; pOH=14-pHO
O solutie apoasa este neutra atunci cind concentratiile ionilor de hidroniu si ionilor de hidroxil sunt egale,astfel incat,rezulta:
CH+= COH-=10-7 moli/l.
