Các phép đo pH thô có thể được thực hiện bằng cách sử dụng giấy quỳ hoặc một loại giấy pH khác được biết là thay đổi màu sắc xung quanh một giá trị pH nhất định. Giấy đo pH chỉ biết một chất là axit hay bazơ hoặc để xác định độ pH trong một phạm vi hẹp. Vậy thang đo độ pH như thế nào?
Mục lục bài viết
1. Độ pH là gì?
Độ pH, thước đo định lượng độ axit hoặc tính bazơ của dung dịch nước hoặc chất lỏng khác. Thuật ngữ này, được sử dụng rộng rãi trong hóa học, sinh học và nông học, chuyển các giá trị của nồng độ của ion hydro — thông thường nằm trong khoảng từ 1 đến 10−14 gam tương đương mỗi lít — thành các số từ 0 đến 14. Trong nước tinh khiết , là trung tính (không có tính axit cũng không có tính kiềm), nồng độ của ion hydro là 10-7 gam đương lượng trên lít, tương ứng với pH bằng 7. Dung dịch có pH nhỏ hơn 7 được coi là có tính axit; dung dịch có độ pH lớn hơn 7 được coi là bazơ, hoặc có tính kiềm.
Phép đo ban đầu được sử dụng bởi nhà hóa sinh người Đan Mạch S.P.L. Sørensen để biểu thị nồng độ ion hydro, được biểu thị bằng đương lượng trên lít, của dung dịch nước: pH = −log [H +] (trong các biểu thức thuộc loại này, bao quanh một ký hiệu hóa học trong dấu ngoặc vuông biểu thị rằng nồng độ của loài được ký hiệu là số lượng đang được xem xét).
Do không chắc chắn về ý nghĩa vật lý của nồng độ ion hydro, định nghĩa của pH là một định nghĩa hoạt động; tức là nó dựa trên một phương pháp đo lường. Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ đã xác định các giá trị pH về sức điện động tồn tại giữa các điện cực tiêu chuẩn nhất định trong các dung dịch được chỉ định.
Độ pH thường được đo bằng máy đo pH, được chuyển thành giá trị đo pH là sự khác biệt về sức điện động (thế điện hoặc hiệu điện thế) giữa các điện cực thích hợp đặt trong dung dịch cần thử nghiệm. Về cơ bản, máy đo pH bao gồm một vôn kế được gắn với điện cực đáp ứng pH và điện cực tham chiếu (không thay đổi). Điện cực đáp ứng pH thường là thủy tinh và chất tham chiếu thường là điện cực clorua thủy ngân (calomel), mặc dù đôi khi sử dụng điện cực clorua bạc. Khi nhúng hai điện cực vào dung dịch, chúng hoạt động như một pin. Điện cực thủy tinh phát triển một điện thế (điện tích) liên quan trực tiếp đến hoạt động của ion hydro trong dung dịch và vôn kế đo hiệu điện thế giữa thủy tinh và điện cực so sánh. Máy đo có thể có chỉ số kỹ thuật số hoặc kim (thang đo và kim lệch). Các đầu đọc kỹ thuật số có lợi thế về độ chính xác, trong khi các đầu đọc tương tự cho dấu hiệu tốt hơn về tốc độ thay đổi. Máy đo pH cầm tay chạy bằng pin được sử dụng rộng rãi để kiểm tra độ pH của đất. Các phép thử độ pH cũng có thể được thực hiện, ít chính xác hơn, bằng giấy quỳ hoặc bằng cách trộn thuốc nhuộm chỉ thị trong huyền phù lỏng và so màu kết quả với bảng màu đã hiệu chuẩn theo pH.
Trong nông nghiệp, độ pH có lẽ là đặc tính đơn lẻ quan trọng nhất của độ ẩm liên quan đến đất, vì chỉ số đó cho biết cây trồng nào sẽ phát triển dễ dàng trong đất và cần phải điều chỉnh gì để thích nghi với việc trồng các loại cây khác. Đất chua thường được coi là đất bạc màu, và vì vậy chúng dành cho hầu hết các loại cây nông nghiệp thông thường, mặc dù các loại cây lá kim và nhiều thành viên của họ Ericaceae, chẳng hạn như quả việt quất, sẽ không phát triển mạnh trong đất kiềm. Đất chua có thể được “làm ngọt” hoặc trung hòa bằng cách xử lý nó với vôi. Khi độ chua của đất tăng lên, khả năng hòa tan của nhôm và mangan trong đất sẽ tăng lên, và nhiều loại cây (bao gồm cả cây nông nghiệp) sẽ chỉ dung nạp một lượng nhỏ các kim loại đó. Hàm lượng chua của đất tăng cao do sự phân hủy vật chất hữu cơ do tác động của vi sinh vật, do muối phân bón thủy phân hoặc nitrat hóa, do quá trình oxy hóa các hợp chất lưu huỳnh khi đầm lầy muối được rút nước để sử dụng làm đất trồng trọt và các nguyên nhân khác.
2. Thang đo độ PH:
Trong hóa học, pH, biểu thị về mặt lịch sử “tiềm năng của hydro” (hoặc “sức mạnh của hydro”) là một thang đo được sử dụng để xác định tính axit hoặc tính bazơ của dung dịch nước. Các dung dịch axit (dung dịch có nồng độ ion H + cao hơn) được đo để có giá trị pH thấp hơn các dung dịch bazơ hoặc kiềm.
Thang đo pH là logarit và tỷ lệ nghịch cho biết nồng độ của các ion hydro trong dung dịch.
Trong đó
M = mol dm-3. Ở 25 ° C, các dung dịch có độ pH nhỏ hơn 7 có tính axit và các dung dịch có độ pH lớn hơn 7 là bazơ. Các dung dịch có pH = 7 ở nhiệt độ này là trung tính (ví dụ: nước tinh khiết). Giá trị trung tính của pH phụ thuộc vào nhiệt độ – thấp hơn 7 nếu nhiệt độ tăng trên 25 ° C. Giá trị pH có thể nhỏ hơn 0 đối với axit mạnh rất đậm đặc, hoặc lớn hơn 14 đối với bazơ mạnh rất đậm đặc.
Thang đo pH có thể theo dõi được đối với một tập hợp các dung dịch tiêu chuẩn có độ pH được thiết lập theo thỏa thuận quốc tế. Các giá trị chuẩn pH cơ bản được xác định bằng cách sử dụng ô nồng độ có sự chuyển dịch, bằng cách đo hiệu điện thế giữa điện cực hydro và điện cực tiêu chuẩn như điện cực bạc clorua. Độ pH của dung dịch nước có thể được đo bằng điện cực thủy tinh và máy đo pH hoặc chất chỉ thị thay đổi màu sắc. Các phép đo độ pH rất quan trọng trong hóa học, nông học, y học, xử lý nước và nhiều ứng dụng khác.
Việc đo độ pH dưới khoảng 2,5 (khoảng 0,003 mol / dm3 axit) và trên khoảng 10,5 (khoảng 0,0003 mol / dm3 kiềm) đòi hỏi các quy trình đặc biệt vì khi sử dụng điện cực thủy tinh, định luật Nernst bị phá vỡ trong các điều kiện đó. Các yếu tố khác nhau góp phần vào điều này. Không thể giả định rằng điện thế tiếp giáp chất lỏng không phụ thuộc vào pH. [16] Ngoài ra, pH cực đại ngụ ý rằng dung dịch cô đặc, do đó, thế điện cực bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi cường độ ion. Ở pH cao, điện cực thủy tinh có thể bị ảnh hưởng bởi “lỗi kiềm”, vì điện cực trở nên nhạy cảm với nồng độ của các cation như Na + và K + trong dung dịch. Có sẵn các điện cực được cấu tạo đặc biệt giúp khắc phục phần nào những vấn đề này.
Dòng chảy từ các mỏ hoặc chất thải của mỏ có thể tạo ra một số giá trị pH rất thấp.
3. Độ PH của nước uống là gì?
pH là chỉ số đo độ hoạt động của các ion hiđrô (H+) trong nước hay còn gọi là độ axit (tính axit) hay độ chua (tính bazơ) của nước. Trong các hệ dung dịch nước, độ hoạt động của ion hiđrô được quyết định bởi hằng số điện ly của nước (Kw) = 1,011 × 10−14 ở 25 °C) và tương tác với các ion khác có trong dung dịch.
Do hằng số điện ly này nên một dung dịch trung hòa (độ hoạt động của các ion hiđrô cân bằng với độ hoạt động của các ion hiđrôxít) có pH xấp xỉ 7. Các dung dịch nước có giá trị pH nhỏ hơn 7 được coi là có tính axít, trong khi các giá trị pH lớn hơn 7 được coi là có tính kiềm.
– Trong dung dịch nước ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn (STP), giá trị pH bằng 7 chỉ ra tính trung hòa (tức nước tinh khiết) do nước phân ly một cách tự nhiên thành các ion H+ và OH− với nồng độ tương đương 1×10−7 mol/L. Một giá trị pH thấp hơn (ví dụ pH = 3) chỉ ra rằng độ axít đã tăng lên, và một giá trị pH cao hơn (ví dụ pH = 11) chỉ ra rằng độ kiềm đã tăng lên.
– pH trung hòa không chính xác bằng 7; nó chỉ ngầm ý là nồng độ các ion H+ là chính xác bằng 1×10−7 mol/L. Tuy nhiên, các giá trị là đủ gần để pH trung hòa là 7,00 tới ba chữ số đáng kể nhất, nó là đủ gần để người ta coi nó chính xác bằng 7. Trong các dung dịch không chứa nước hay ở các điều kiện không tiêu chuẩn, thì giá trị pH trung hòa thậm chí có thể không gần với 7. Thay vì thế, nó liên quan với hằng số điện ly cho dung môi cụ thể đang được sử dụng. (Lưu ý rằng nước tinh khiết, khi bị phơi trong khí quyển, sẽ hấp thụ một phần cacbon điôxít, một số trong các phân tử CO2 này sẽ phản ứng với nước để tạo ra axít cacbonic và H+, vì thế làm giảm pH xuống còn khoảng 5,7.)
– Phần lớn các chất có pH nằm trong khoảng từ 0 đến 14, mặc dù các chất cực axít hay cực kiềm có thể có pH < 0 hay pH > 14.
Mặc dù pH không có đơn vị đo, nhưng nó không phải là thang đo ngẫu nhiên; số đo sinh ra từ định nghĩa dựa trên độ hoạt động của các ion hiđrô trong dung dịch.
4. Công thức để tính pH là:
pH = -log [H+]
Trong đó:
– [H+] biểu thị độ hoạt động của các ion H+ (hay chính xác hơn là [H3O+], tức các ion hiđrônium), được đo theo mol trên lít (còn gọi là phân tử gam). Trong các dung dịch loãng (như nước sông hay từ vòi nước) thì độ hoạt động xấp xỉ bằng nồng độ của ion H+.
– Log10 biểu thị lôgarit cơ số 10, và pH vì thế được định nghĩa là thang đo lôgarít của tính axít. Ví dụ, dung dịch có pH=8,2 sẽ có độ hoạt động [H+] (nồng độ) là 10−8.2 mol/L, hay khoảng 6,31 × 10−9 mol/L; một dung dịch có độ hoạt động [H+] là 4,5 × 10−4 mol/L sẽ có giá trị pH là −log10(4,5 × 10−4), hay khoảng 3,35.
Độ pH trong nước có ảnh hưởng tới điều kiện sống bình thường của các sinh vật sống dưới nước. Cá thường không sống được trong môi trường nước có độ pH < 4 hoặc pH > 10. Sự thay đổi pH của nước thường liên quan tới sự có mặt của các hoá chất axit hoặc kiềm, sự phân huỷ chất hữu cơ, sự hoà tan của một số anion SO4, NO3, v.v…
