| Історія Історія вимірювання кислотності рідин електричним шляхом розпочалася в 1906 р., Коли Макс Кремер у своїх дослідженнях рідких інтерфейсів [1] (взаємодії між рідинами та твердими речовинами) виявив, що інтерфейс між рідинами можна вивчити, продуваючи тонкий міхур із скла та розміщуючи його рідина всередині нього та інша зовні. Це створило електричний потенціал, який можна було виміряти. |
Цю ідею далі взяли Фріц Хабер (винайшов синтез аміаку та штучних добрив) та Зигмунт Клемсевич [2], які виявили, що скляна колба (яку він назвав скляним електродом ) може бути використана для вимірювання активності іонів водню і що це логарифмічна функція.
Датський біохімік Сорен Соренсен винайшов шкалу рН у 1909 році.
Оскільки опір у стінці скла дуже високий, як правило, від 10 до 100 Мега-Ом, напругу скляного електрода неможливо було точно виміряти, поки не були винайдені електронні трубки. Згодом винахід польових транзисторів (FETs) та інтегральних мікросхем (ІС) з компенсацією температури дозволив точно виміряти напругу скляного електрода. Напруга, що виробляється однією одиницею рН (скажімо, від pH = 7,00 до 8,00), зазвичай становить приблизно 60 мВ (мілі вольт). Присутні pH-вимірювачі містять мікропроцесори, які вносять необхідні корективи для температури та калібрування. Незважаючи на це, сучасні вимірювачі pH все ще страждають від дрейфу (повільних змін), що обумовлює необхідність їх частотної калібрування.
Також було вдосконалено хімію скла, завдяки чому забруднення солями та іонами галогену можна було зупинити. Електрод відліку, який традиційно використовували хлорид срібла (AgCl), був витіснений електроном каломель ( ртутний хлорид, HgCl2), який використовує хлорид ртуті (HgCl) у розчині хлориду калію (KCl) у вигляді гелю (як желатин). Але електроди не мають вічного життя і їх потрібно замінити, коли вони дрейфують неприйнятно або потребують незвично тривалого осідання.
[1] Кремер М (1906): Z. Biol, 47, 562
[2] Хабер Ф і З Клеменсевич (1909): З. Фізик. Хім., 67, 385
РН-метр по суті вимірює електрохімічний потенціал між відомою рідиною всередині скляного електрода (мембраною) і невідомою рідиною зовні. Оскільки тонка скляна колба дозволяє в основному спритним і малим іонам водню взаємодіяти зі склом, скляний електрод вимірює електрохімічний потенціал іонів водню або потенціал водню . Для завершення електричного кола також потрібен електрод відліку. Зауважте, що прилад не вимірює струм, а лише електричну напругу, проте потрібен невеликий витік іонів з електрода еталону, утворюючи провідний міст до скляного електрода. Таким чином, pH-вимірювач не повинен використовуватися в рухомих рідинах низької провідності (тому бажано вимірювати всередині невеликих ємностей).
 PH-вимірювач вимірює електричний потенціал (слідкуйте за кресленням за лічильником) між ртутним хлоридом еталонного електрода та його рідиною хлоридом калію, невідомою рідиною, розчином всередині скляного електрода та потенціалом між цим розчином і срібний електрод. Але лише потенціал між невідомою рідиною та розчином всередині скляного електрода змінюється від зразка до зразка. Отже всі інші потенціали можна відкалібрувати з рівняння. |
Каломельний еталонний електрод складається із скляної пробірки з електролітом хлориду калію (KCl), яка знаходиться в інтимному контакті з елементами хлориду ртуті в кінці елемента KCL. Це крихка конструкція, з'єднана рідким наконечником з пористої кераміки або подібного матеріалу. Цей електрод не легко «отруїться» важкими металами та натрієм.
Скляний електрод складається з міцної скляної трубки з привареною до неї тонкою скляною колбою. Всередині знаходиться відомий розчин хлориду калію (KCl), забуференний при рН 7,0. Срібний електрод з наконечником хлориду срібла контактує з розчином всередині. Щоб мінімізувати електронні перешкоди, зонд захищається фольгованим екраном, який часто зустрічається всередині скляного електрода.
Більшість сучасних вимірювачів pH також мають терморезисторний датчик температури, який дозволяє здійснювати автоматичну корекцію температури, оскільки рН дещо змінюється в залежності від температури.
| Вода є найважливішою та чудодійною речовиною на Землі. Його молекули HOH утворюють бумерангову форму з O-кінцем трохи негативним, а кінець H2 + злегка позитивно зарядженим. Ці заряджені бумеранги притягуються один до одного, утворюючи острівці згуртованості, таким чином, що вода утворює рідину при температурах, де процвітає життя, тоді як це справді повинен був бути дуже летючим газом, як сірководень (H2S), який має майже вдвічі більше своєї молекулярної маси. На поверхні Землі вода зустрічається у твердій формі (лід), рідкій (вода) та газоподібній формі (пара або водяна пара). У холодних районах існують усі три фази. Вода також унікальна тим, що вона є як кислотою (з іонами Н +), так і лугом (з іонами OH). Таким чином, він одночасно є кислим та основним (лужним), що призводить до суворої нейтральності, оскільки кількість іонів H + дорівнює кількості іонів OH. Через сильну згуртованість лише деякі молекули води дисоціюють (розщеплюються) у складових їх іонах: іони водню (H +) та гідроксильні іони (OH-). Хіміки наполягають на тому, що іони H + - це справді іони H3O + або іони гідронію. Знаючи, що один моляр води важить 18 грам (1 + 1 + 16), що дорівнює 18 мл, і що ця кількість містить дуже велику кількість молекул [1], лише 0,1 мільйонна (10 -7 ) моль дисоціюється в одному літрі води (pH = 7). [2] Різниця потенціалу між внутрішньою скляною електродом і зовнішньою дією обумовлена оксидами кремнію в боці скла: Після встановлення іонної рівноваги різниця потенціалів між скляною стінкою та розчином задається рівнянням: Незважаючи на те, що сучасні електроди зі скляним pH мають значне вдосконалення, вони все ще не люблять деяких речовин з низьким вмістом іонів H +, як гідроксиди лугів (NaOH та KOH), чиста дистильована вода, травильні речовини, такі як фтор, адсорбуючі речовини, такі як важкі метали та білки. Більшість сучасних вимірювачів рН мають вбудовані датчики температури для автоматичного виправлення відхилення температури для отримання значень, як якщо б вони приймалися при стандартній температурі 25ºC. На показник не впливає температура при рН = 7,00, але поза нею 0,003 за ºC. Таким чином, pH, взятий при температурі 5 ° C (20 ° від 25 ° C), показуючи 4,00, повинен бути скорегований вниз на 0,003 х 20 х 3,00 = 0,18. Так само значення pH повинно бути відкориговано вгору на цю кількість. |
Догляд за pH-вимірювачем залежить від типів електрода, який використовується. Вивчіть рекомендації виробника. При частому використанні електрод краще зберігати вологим, оскільки зволоження сухого електрода займає тривалий час, що супроводжується відтоком сигналу. Однак сучасні pH-вимірювачі не заперечують, щоб їхні електроди висихали за умови ретельного промивання водопровідної води чи хлориду калію. Під час експедиції, вимірюючи морську воду, pH-метр можна залишити вологим з морською водою. Однак протягом тривалого періоду рекомендується зволожувати його розчином хлориду калію при рН = 4 або в кислотному калібрувальному буфері рН = 4,01. pH-метри не люблять залишати в дистильованій воді.
Зауважте, що зонд з pH, який зберігається вологим у кислому розчині, може впливати на результати, якщо не змити його перед тим, як вставити його у пробірку. Пам'ятайте, що рідина з pH = 4 має на 10000 більше іонів водню, ніж рідина з pH = 8. Таким чином, одна крапля рН = 4 у флаконі, що вимірює 400 крапель рН = 8, насправді порушує вимірювання! Пам'ятайте також, що розчини для калібрування складаються з хімічних буферів, які "намагаються" підтримувати рівні pH постійними, тому забруднення вашого тестового флакона буфером справді серйозне.
[1] Константа Авогадро становить 602,213,670 000 000 000 000 000 (602,214 мільярда трильйонів) або 6,02 Е23, названа на честь Амедео Авогадро. Один моль хімічної речовини містить цю кількість молекул. Амедео Авогадро (1776-1856) був італійським фізиком. Він запропонував у 1811 р. Свою знамениту гіпотезу, відому зараз як закон Авогадро. Закон зазначав, що в рівних обсягах усіх газів при однаковій температурі і тиску міститься однакова кількість молекул. Авогадро також розрізняв атом і молекулу і дав можливість визначити правильну таблицю атомних ваг.
[2] На веб-сайті Seafriends ми часто використовуємо експоненційне позначення E, таким чином, що 2,34E-4 означає 2,34 x 10 -4 .
| 0 | 5% Сірчана кислота, H2SO4, акумуляторна кислота. |
| 1 | 0,1 N HCl, соляна кислота (1,1) |
| 2 | Лимонний сік. Оцет (2,4-3,4) |
| 3 | вино (3,5-3,7) |
| 4 | Помаранчевий сік. Яблучний сік (3,8). Пиво. Помідори. |
| 5 | Сир. Чорна кава. Дощова вода 5.6. |
| 6 | Молоко. Риба (6,7-7). курка (6,4-6,6). |
| 7 | Нейтральні: однакова кількість іонів водню та гідроксилу. Кров (7,3-7,4). Дистильована вода без СО2, після закипання. |
| 8 | Морська вода (8.1). Яєчний білок. |
| 9 | Боракс. Харчова сода. |
| 10 | Молоко магнезії, гідроксид магнію Mg (OH) 2. |
| 11 | Побутовий аміак |
| 12 | Розробник фотографій, побутовий відбілювач |
| 13 | Очисник духовки |
| 14 | Натрієвий луг NaOH, 1 моль / л. |
