Como funciona um medidor de pH?
Se estiver a usar papel de tornassol, nada disto importa. Os ideais básicos de que o papel transforma uma cor ligeiramente diferente na solução – entre pH 1 e 14 e, comparando o seu papel com uma tabela de cores, você pode simplesmente ler a acidez ou alcalinidade sem se preocupar com muitos íons de hidrogênio que existem. Mas um medidor de pH tem de medir de alguma forma a concentração de iões de hidrogénio. Como é que o faz?
Uma solução ácida tem muito mais iões de hidrogénio carregados positivamente do que uma solução alcalina, por isso tem maior potencial para produzir uma corrente eléctrica numa determinada situação – por outras palavras, é um pouco como uma bateria que pode produzir uma tensão maior. Um medidor de pH aproveita isso e funciona como um voltímetro: ele mede a tensão (potencial elétrico) produzida pela solução cuja acidez reinterpretamos, compara-a com a tensão de uma solução conhecida e usa a diferença de tensão (a “diferença de potencial”) entre eles para deduzir a diferença de pH.
De que é feito?
Um medidor de pH típico tem dois componentes básicos: o próprio medidor, que pode ser um medidor de bobina móvel (um com um ponteiro que se move contra uma balança) ou um medidor digital (um com um visor numérico), e uma ou duas sondas que você insere na solução que está testando. Para fazer a eletricidade fluir através de algo, você tem que criar um circuito elétrico completo; assim, para fazer a eletricidade fluir através da solução de teste, você tem que colocar dois eletrodos (terminais elétricos) dentro dele.Se o seu medidor de pH tiver duas sondas (como a da foto no topo desta partícula), cada uma é um eletrodo separado; se você tiver apenas uma sonda, ambos os dois eletrodos são construídos dentro dela para simplicidade e conveniência.
Os eletrodos não são como eletrodos normais (peças simples de fio de metal); cada um é um mini conjunto químico por direito próprio. O eletrodo que lhes faz o trabalho mais importante, que é chamado de eletrodo de vidro, tem fio elétrico à base de prata suspenso em uma solução de cloreto de potássio, contido dentro de um bulbo fino (ou membrana) feito de um vidro especial contendo sais metálicos (tipicamente compostos de sódio e cálcio). O outro eletrodo é chamado de eletrodo de referência e tem um fio de cloreto de potássio suspenso em uma solução de cloreto de potássio.
Artwork: Partes chave de um medidor de pH: (1) Solução em teste; (2) Eléctrodo de vidro, constituído por (3) uma fina camada de vidro de sílica contendo sais metálicos, no interior da qual existe uma solução de cloreto de potássio (4) e um eléctrodo interno (5) feito de prata/cloreto de prata. (6) Os íons de hidrogênio formados na solução de teste interagem com a superfície externa do vidro. (7) Os íons hidrogênio formados na solução de cloreto de potássio interagem com a superfície interna do vidro. (8) O medidor mede a diferença de tensão entre os dois lados do vidro e converte essa “diferença de potencial” em uma leitura de pH. (9) O eletrodo de referência age como uma linha de base ou referência para a medição – ou você pode pensar que ele simplesmente completa o circuito.
Como ele funciona?
O cloreto de potássio dentro do eletrodo de vidro (mostrado aqui em laranja colorido) é uma solução neutra com um pH de 7, então ele contém uma certa quantidade de íons de hidrogênio (H+). Suponha que a solução desconhecida que você está testando (azul) é muito mais ácida, portanto contém muito mais íons hidrogênio. O que o eletrodo de vidro faz é medir a diferença de pH entre a solução laranja e a solução azul, medindo a diferença nas tensões que seus íons hidrogênio produzem: Troca iónica em acção.
Como funciona tudo isto? Quando você mergulha os dois eletrodos na solução de teste azul, alguns dos íons hidrogênio se movem em direção à superfície externa do eletrodo de vidro e substituem alguns íons metálicos dentro dele, enquanto alguns íons metálicos se movem do eletrodo de vidro para a solução azul. Esse processo de troca de íons é chamado de troca de íons, e é a chave para como um eletrodo de vidro funciona. A troca de íons também ocorre na superfície interna do eletrodo de vidro a partir da solução laranja. As duas soluções em ambos os lados do vidro têm acidez diferente, soa diferente quantidade de troca de íons ocorre nos dois lados do vidro, o que cria um grau diferente de atividade de íons hidrogênio nas duas superfícies do vidro, o que significa uma quantidade diferente de carga elétrica acumulada sobre elas.Esta diferença de carga significa que uma pequena tensão (às vezes chamada de diferença de potencial, tipicamente algumas dezenas ou centenas de milivolts) aparece entre os dois lados do vidro, o que produz uma diferença de tensão entre o eletrodo de prata (5)e o eletrodo de referência (8) que aparece como uma medida no medidor.
Embora o medidor esteja medindo tensão, o que o ponteiro na escala (ou display digital) realmente nos mostra é uma medida de pH. Quanto maior a diferença de tensão entre as soluções laranja (interior) e azul (exterior), maior a diferença de atividade do íon hidrogênio entre elas.Se houver mais atividade de íon hidrogênio na solução azul, é mais ácido que a solução laranja e o medidor mostra isso como um pH menor; da mesma forma, se houver menos atividade de íon hidrogênio na solução azul, o medidor mostra isso como um pH maior (mais alcalino).
Fazer medições precisas de pH
Para que os medidores de pH sejam precisos, eles têm de ser calibrados correctamente (o medidor está a traduzir com precisão as medições de tensão em medições de pH), por isso eles normalmente precisam de ser testados e ajustados antes de começar a usá-los. Você calibra um medidor de pH mergulhando-o em tampões (soluções de teste de pH conhecido) e ajusta o medidor de acordo com isso. Outra consideração importante é que as medições de pH fizeram este caminho depender da temperatura. Alguns medidores têm termómetros incorporados e corrigem automaticamente as suas próprias medições de pH à medida que a temperatura muda; estes são melhores se as flutuações de temperatura forem prováveis de ocorrer enquanto está a fazer uma série de medições diferentes. Alternativamente, você mesmo pode corrigir a medida de pH ou permitir que ela ocorra calibrando seu instrumento e fazendo medições de pH na mesma temperatura.