Características de un pHmetro y diferencias con las tiras colorimétricas

El carácter ácido de muchas sustancias con las que a diario convivimos pueden ser medidos por un instrumento denominado pHmetro. Algunas gaseosas, sobretodo las carbonatadas, el vinagre, los limones, etc. muestran un pH ácido entre 2 – 4.  En el lado opuesto de la acidez encontramos a la basicidad y entre los líquidos o soluciones que encontramos básicas son la clara de huevo, el bicarbonato de sodio, el desatorador líquido, etc. este último puede llegar hasta un pH = 12.

El punto neutro, donde no es ácido ni básico está el pH = 7. Muchas veces cuando hay sustancias con pH alto o bajo, se busca mezclar con sustancias de pH contrario de tal manera que se pueda equilibrar el pH y que como resultado de ello pueda llegar al punto neutro. Algunas sustancias que pueden considerarse neutras son naturalmente el agua que bebemos y nuestra sangre.

En el caso de las industrias, el pH juega un rol de gran importancia tanto en los procesos de producción como en el tratamiento de las aguas. El carácter ácido o básico del medio puede ser clave en procesos físicos, químicos y hasta biológicos como por ejemplo tenemos las reacciones de coagulación con derivados alumínicos que ocurren eficientemente a determinados valores de pH.

Otro ejemplo importante lo tenemos en la supervivencia de los microorganismos de una planta de tratamiento de aguas residuales que son altamente sensibles a los ácidos y a las bases. Las consecuencias de un pH fuera del rango pueden ocasionar una serie de problemas, siendo la corrosión uno de los más graves.

En términos reales lo que medimos con el pH es la actividad del ion hidrógeno, para resumirlo en forma sencilla podemos asumir que estamos midiendo cuantos iones hidrogeno (H+) hay en una determinada sustancia. Cuanto más H+, mayor concentración, mayor acidez, menor pH. Esto último que parece inverso es porque la definición teórica establece que el pH es el valor negativo del logaritmo decimal de la actividad del ion hidrógeno.

                                               pH = – log a H+

Los métodos más conocidos para determinar el pH de una solución son:

  • De forma colorimétrica por reacción con indicadores
  • Potenciométrica por generación de una diferencia de potencial

Si queremos tener valores aproximados podemos usar tiras colorimétricas comparativas, indicadores y papeles coloreados para determinar el pH, pero sólo los métodos electroquímicos son los que ofrecen resultados más exactos. Para esto hay una segunda definición, que en la práctica se utiliza con el pHmetro. Esta definición resulta de la medición de 2 electrodos que sumergidos en una solución desarrollan una diferencia de potencial. El pre-requisito es que uno de los electrodos (el de referencia) desarrolle un potencial referencial estable y constante Eref en tanto que el potencial del segundo electrodo sea una función del valor de pH.

PHMETRO

Las ecuaciones que conllevan a esta segunda definición no es tema de desarrollo de este artículo, pero tienen que ver con variables como el voltaje, las constantes de Faraday y la ley de gases. Lo que podemos concluir de lo anterior es que el voltaje medido tiene una dependencia lineal con el valor del pH y también de la temperatura. En la medición práctica, la diferencia de voltaje es convertido al valor de pH, que para el efecto se utilizan los datos de calibración de estándares conocidos.

La dependencia con la temperatura hace que en todas las mediciones se considere la variación de este parámetro, medido ya sea a través de un dispositivo interno (sensor de temperatura integrado al electrodo) o a través de un sensor externo, en la que ambos (el electrodo de pH y el sensor externo) deban estar a la misma temperatura.

LOS ELECTRODOS DE pH

Hay una gran variedad de electrodos para escoger, dependiendo del tipo de industria donde se usará el instrumento. En general los de uso corriente son los que van a analizar aguas de media a alta conductividad y por el contrario se necesita electrodos especiales para cuando vamos a medir aguas de baja o nula conductividad.

Actualmente los electrodos combinados de pH contienen en su interior 2 electrodos: el de medición  y el de referencia. El electrodo de medición es el que está unido a la membrana de vidrio sensible a los iones H+, mientras que el de referencia instalada interiormente está embebido con su solución de KCl, por lo que la medición del pH de una muestra líquida es la diferencia del voltaje entre estos dos electrodos.

Phmetro

Para determinar el valor de pH, es necesario calibrar los electrodos con soluciones estándares de pH. Entre los más conocidos son el 4, 7 y 10 , pero hay otras soluciones buffer de precisión como el 1.68, 3.56, 6.87, 9.18 y el  12.45.

Para quienes usan el pHmetro como método para determinar la acidez o basicidad es importante que cuando calibremos nuestro sensor tomemos nota de los datos que reporta nuestro instrumento como por ejemplo: la pendiente y la asimetría. La pendiente ideal para 25°C es de 59.16mV por cada unidad de variación de pH. Por eso entre pH = 4 y el pH = 10 la pendiente debe ser ± 177.5, teniendo al pH = 7 el valor de 0 mV.

La asimetría se refiere al deterioro en la membrana de vidrio respecto a la primera calibración, normalmente al inicio, la asimetría es aprox. de 0 mV y con el tiempo el valor de mV se va alejando del valor inicial, lo que indica un desgaste del electrodo.

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