¿Cómo funciona un medidor de pH?
Si utiliza papel tornasol, nada de esto importa. La idea básica es que el papel adquiere un color ligeramente diferente en las soluciones de pH 1 a 14 y, comparando el papel con una tabla de colores, se puede leer simplemente la acidez o la alcalinidad sin preocuparse de cuántos iones de hidrógeno hay. Pero un medidor de pH tiene que medir de alguna manera la concentración de iones de hidrógeno. ¿Cómo lo hace?
Una solución ácida tiene muchos más iones de hidrógeno cargados positivamente que una alcalina, por lo que tiene un mayor potencial para producir una corriente eléctrica en una situación determinada; en otras palabras, es un poco como una batería que puede producir un mayor voltaje. Un pHmetro aprovecha esto y funciona como un voltímetro: mide la tensión (potencial eléctrico) producida por la solución cuya acidez nos interesa, la compara con la tensión de una solución conocida y utiliza la diferencia de tensión (la «diferencia de potencial») entre ambas para deducir la diferencia de pH.
¿De qué está hecho?
Un típico medidor de pH tiene dos componentes básicos: el propio medidor, que puede ser un medidor de bobina móvil (uno con un puntero que se mueve contra una escala) o un medidor digital (uno con una pantalla numérica), y una o dos sondas que se insertan en la solución que se está probando. Para hacer que la electricidad fluya a través de algo, tienes que crear un circuito eléctrico completo; así, para hacer que la electricidad fluya a través de la solución de prueba, tienes que poner dos electrodos (terminales eléctricos) en ella.Si su medidor de pH tiene dos sondas (como la que aparece en la foto de la parte superior de este artículo), cada una de ellas es un electrodo independiente; si sólo tiene una sonda, los dos electrodos están incorporados en ella para mayor simplicidad y comodidad.
Los electrodos no son como los electrodos normales (simples trozos de alambre metálico); cada uno de ellos es un mini conjunto químico en sí mismo. El electrodo que realiza el trabajo más importante, llamado electrodo de vidrio, tiene un cable eléctrico de plata suspendido en una solución de cloruro de potasio, contenido dentro de un fino bulbo (o membrana) hecho de un vidrio especial que contiene sales metálicas (normalmente compuestos de sodio y calcio). El otro electrodo se denomina electrodo de referencia y tiene un cable de cloruro de potasio suspendido en una solución de cloruro de potasio.
Trabajo: Partes clave de un medidor de pH: (1) Solución que se comprueba; (2) Electrodo de vidrio, que consiste en (3) una fina capa de vidrio de sílice que contiene sales metálicas, en cuyo interior hay una solución de cloruro de potasio (4) y un electrodo interno (5) de plata/cloruro de plata. (6) Los iones de hidrógeno formados en la solución de prueba interactúan con la superficie exterior del vidrio. (7) Los iones de hidrógeno formados en la solución de cloruro de potasio interactúan con la superficie interior del vidrio. (8) El medidor mide la diferencia de tensión entre las dos caras del vidrio y convierte esta «diferencia de potencial» en una lectura del pH. (9) El electrodo de referencia actúa como línea de base o referencia para la medición, o puede pensar que simplemente completa el circuito.
¿Cómo funciona?
El cloruro de potasio dentro del electrodo de vidrio (mostrado aquí coloreado en naranja) es una solución neutra con un pH de 7, por lo que contiene una cierta cantidad de iones de hidrógeno (H+). Supongamos que la solución desconocida que estás probando (azul) es mucho más ácida, por lo que contiene muchos más iones de hidrógeno.Lo que hace el electrodo de vidrio es medir la diferencia de pH entre la solución naranjay la solución azul midiendo la diferencia de las tensiones que producen sus iones de hidrógeno.Como sabemos el pH de la solución naranja (7), podemos averiguar el pH de la solución azul.
Animación: El intercambio iónico en acción.
¿Cómo funciona todo esto? Al sumergir los dos electrodos en la solución de prueba azul, algunos de los iones de hidrógeno se desplazan hacia la superficie exterior del electrodo de vidrio y sustituyen a algunos de los iones metálicos de su interior, mientras que algunos de los iones metálicos se desplazan del electrodo de vidrio a la solución azul. Este proceso de intercambio de iones se denomina intercambio de iones y es la clave del funcionamiento de un electrodo de vidrio. El intercambio de iones también se produce en la superficie interior del electrodo de vidrio desde la solución naranja. Las dos soluciones de cada lado del vidrio tienen una acidez diferente, por lo que se produce una cantidad diferente de intercambio de iones en los dos lados del vidrio, lo que crea un grado diferente de actividad de iones de hidrógeno en las dos superficies del vidrio, lo que significa que se acumula una cantidad diferente de carga eléctrica en ellas.Esta diferencia de carga significa que aparece una pequeña tensión (a veces llamada diferencia de potencial, típicamente unas decenas o cientos de milivoltios) entre las dos caras del vidrio, lo que produce una diferencia de tensión entre el electrodo de plata (5) y el electrodo de referencia (8) que aparece como una medida en el medidor.
Aunque el medidor está midiendo el voltaje, lo que el puntero de la escala (o pantalla digital) realmente nos muestra es una medida de pH.Cuanto mayor sea la diferencia de voltaje entre las soluciones naranja (interior) y azul (exterior), mayor será la diferencia de actividad de iones de hidrógeno entre.Si hay más actividad de iones de hidrógeno en la solución azul, es más ácida que la solución naranja y el medidor lo muestra como un pH más bajo; del mismo modo, si hay menos actividad de iones de hidrógeno en la solución azul, el medidor lo muestra como un pH más alto (más alcalino).
Cómo hacer mediciones precisas de pH
Para que los medidores de pH sean precisos, tienen que estar bien calibrados (el medidor traduce con precisión las mediciones de voltaje en mediciones de pH), por lo que normalmente hay que probarlos y ajustarlos antes de empezar a utilizarlos. El medidor de pH se calibra sumergiéndolo en tampones (soluciones de prueba de pH conocido) y ajustando el medidor en consecuencia. Algunos medidores tienen termómetros incorporados y corrigen automáticamente sus propias mediciones de pH a medida que cambia la temperatura; son los mejores si es probable que se produzcan fluctuaciones de temperatura mientras se realizan varias mediciones diferentes. Como alternativa, puede corregir la medición del pH usted mismo, o tenerlo en cuenta calibrando su instrumento y realizando mediciones de pH prácticamente a la misma temperatura.