pH-metro

Escala de pH con concentraciones
El valor de pH del pH-metro describe la concentración de iones de hidrógeno disueltos y es de gran importancia para muchas reacciones químicas y bioquímicas. La escala de pH se deriva del exponente negativo de la concentración de iones oxonio, por lo que es logarítmica. En el punto neutro de pH 7, las concentraciones de iones oxonio e hidróxido son exactamente idénticas en cantidad. Este valor de pH se visualiza en un pH-metro por ejemplo en el agua pura o las soluciones neutralizadas. En valores de pH-metro inferiores a 7, la concentración de iones oxonio es mayor y la solución reacciona de forma ácida. Por el contrario, los valores superiores a 7 significan una mayor proporción de iones hidróxido, por lo que tales soluciones reaccionan alcalinamente.

100 = 1 10-1 = 0,1 10-2 = 0,01 10-3 = 0,001 10-4 =0,0001 10-5 = 0,00001 10-6 = 0,000001 10-7 =0,0000001

El diagrama muestra la escala de pH habitual de 0 a 14 y la concentración de iones relacionados de H30+ y OH- en el agua. La escala de pH se deriva del exponente negativo de la concentración H3=+ y tiene una estructura logarítmica. En el "punto neutro" pH/, la concentración de iones de H30+ y OH- son iguales en cantidad. Este sería en el caso de agua ultrapura. Si la concentración de H30+ aumenta, esto se conoce como valores de pH ácidos, dentro de una gama de pH del 0 al 7. Si, por otra parte, la concentración de iones de OH- es mayor, tiene un rango de pH alcalino del pH 7 al 14.

¿Por qué pueden darse valores de pH negativos?
El valor del pH indica la cantidad de iones de hidrógeno disueltos o su actividad contenidos en una solución acuosa. Si la cantidad de iones hidrógeno (H+ o como H3O+) es igual a la cantidad de iones hidróxido (OH-), la solución se denomina pH neutro. Esto corresponde a una lectura de 7 en un pH-metro, presente en el agua pura a una temperatura de 25 ºC. Sin embargo, en cuanto se disuelven otras sustancias en el agua, como en el agua del grifo o en el agua de lluvia que ha absorbido sustancias del aire, el valor del pH puede variar. Sin embargo, esto sólo ocurre si las sustancias disueltas influyen en el equilibrio a favor de los iones hidronio o a favor de los iones hidróxido. Si hay un exceso de iones de hidrógeno, se reduce el valor del pH en un pH-metro, y la solución se denomina ácida. Si predomina la cantidad de iones hidróxido, el valor del pH aumenta y la solución se vuelve básica o alcalina. Cuanto mayor sea la diferencia entre la cantidad de iones hidrógeno e iones hidróxido más se aleja el valor del pH 7.

Por ejemplo, los ácidos introducen muchos iones de hidrógeno adicionales y, por tanto, desplazan el valor del pH hacia abajo. Para la mayoría de las aplicaciones, basta con un pH-metro que suele utilizar un rango de 0 a 14 pH. Ahora bien, los ácidos fuertes pueden alterar tanto el equilibrio que se producen valores de pH negativos. Sin embargo, los posibles valores numéricos están limitados por la solubilidad de los ácidos en el agua. Por ejemplo, en el agua de mina extremadamente ácida de una mina de California, los medidores de pH han detectado valores de pH tan bajos como -3,6. Casi todos los pH-metros sólo pueden medir valores dentro de un rango de 0 a 14, que es completamente suficiente para muchas aplicaciones. Sin embargo, desde hace algún tiempo existen pH-metros digitales con un rango de medición ampliado. Con un pH-metro de este tipo es posible medir de forma rápida y sencilla valores de pH negativos de hasta -1 o incluso de -2.

El valor del pH de la solución de ácido clorhídrico a diferentes concentraciones:

¿Puede un pH-metro indicar valores de pH superiores a 14?
Del mismo modo que las soluciones muy ácidas presentan valores de pH inferiores a 0 también existen sustancias básicas cuyas soluciones acuosas muy concentradas presentan valores de pH superiores a 14. Esto incluye, por ejemplo, la solución de hidróxido de sodio. Dado que el rango de medición de los pH-metros habituales termina en 14, no pueden determinar valores superiores. Para la medición de estas soluciones fuertemente alcalinas, se requiere un pH-metro con un rango de medición ampliado. Ya existen modelos de pH-metro que pueden medir valores de pH de hasta 15, 16 o incluso hasta 20.

El valor del pH del hidróxido de sodio en diferentes concentraciones:

Errores de medición de un pH-metro al medir ácidos y álcalis fuertes
Con ácidos fuertes, especialmente con valores de pH inferiores a 2, y con álcalis fuertes con valores de pH superiores a 12, pueden producirse errores de medición considerables cuando se usa un pH-metro normal. En el caso de un error ácido, se indican valores de pH demasiado altos, y en el caso de un error alcalino, se indican valores de pH demasiado bajos. La causa suele ser porque normalmente la capa de membrana del electrodo se ve modificada por la solución. Cuando analice soluciones con tales valores, elija un pH-metro cuyo electrodo de pH sea adecuado para estos rangos de medición. Tengan también en cuenta que las soluciones utilizadas utilizadas para calibrar un pH-metro deben incluir el rango de medición deseado. Por lo tanto, si va a medir valores de pH inferiores a 2, no se recomienda calibrar el pH-metro con las soluciones de calibración habituales de pH 4,0, pH 7,0. En su lugar, debe utilizar soluciones de calibración especiales para pH-metros de alta calidad, como por ejemplo, de pH 1,0 y pH 2,0.

El pH-metro es un aparato de medición que indica el valor de pH de una solución acuosa. El valor se obtiene de forma electroquímica y no sobre la base de los indicadores de ácido (cintas). El principio de funcionamiento más usado emplea el potencial de un electrodo de vidrio. Una reacción en la membrana del vidrio genera un potencial electroquímico que está en dependencia directa con la concentración de los iones H. De la diferencia del potencial a los electrodos de referencia se crea una tensión que muestra de forma lineal el valor de pH. En la mayoría de los casos se puede usar una célula de cloruro de plata como electrodo de referencia, que está revestido con un electrodo de vidrio, formando así un circuito de medición. El electrodo de referencia está conectado con la solución a través de un diafragma, que está compuesto normalmente de una esponja de vidrio, cerámica o esponja de platino. La mayoría de los electrodos del pH-metro debe ser conservada por lo menos en un vaso con agua del grifo; pero lo mejor es conservarlo en una solución salina.

Tenga siempre en cuenta lo siguiente cuando utilice el pH-metro:
Si tiene un uso continuo o si no se ha utilizado durante mucho tiempo, debe recalibrarlo. La desviación natural a la que están sometidos los electrodos de pH debe eliminarse. La mayoría de los pH-metros tienen función de calibración, de modo que ya no es necesario usar tornillos para calibrarlos. Ahora bien, en cualquier caso necesitará soluciones de calibración adecuadas que disponemos en diferentes tamaños.

El pH es un parámetro definido por la concentración de iones de hidrógeno en una solución acuosa. Tiene una influencia determinante sobre cualquier reacción química que tenga lugar en esa solución, en la medida en que, dependiendo de su valor, permite o no que se produzca una determinada reacción química. De esto se deduce fácilmente que tanto el control mediante pH-metro como el manejo del valor del pH serán decisivos, tanto en el control del agua potable para el consumo humano como en el tratamiento de las aguas residuales propiamente dichas.

En el tratamiento de las aguas residuales, el problema se reduce esencialmente a la eliminación de todo tipo de compuestos orgánicos y elementos tóxicos inorgánicos (metales pesados, etc.) que pueden estar presentes en el agua como resultado del uso urbano o de los vertidos industriales.

Generalmente, el proceso de tratamiento de las aguas residuales se inicia, dependiendo del origen de las mismas, con procesos puramente físicos para separar los elementos más grandes (residuos, elementos orgánicos o inorgánicos del tamaño correspondiente, etc.). En estos procesos físicos, como el desbaste de sólidos, el desaceitado, el desarenado, etc., el valor del pH no desempeña un papel tan decisivo. Sin embargo, a partir de ese momento y en los procesos siguientes de depuración, el pH (junto con otros parámetros básicos como la presencia de oxígeno y la temperatura) será decisivo para completar el proceso de tratamiento de las aguas residuales. Aquí es donde el pH-metro adquiere una importancia más especial.

El simple hecho de que el valor de pH del agua sea muy bajo o muy alto, es un factor decisivo en sí mismo para no verter el agua en el medio ambiente (lagos, ríos, etc.), y mucho menos para el consumo humano. Ya sólo por esta razón es necesario controlar el pH del agua y rectificarlo si fuera necesario. Pero sus efectos van mucho más allá en los procesos de depuración, como por ejemplo, en la eliminación de metales pesados y otros elementos inorgánicos tóxicos que no puedan ser eliminados mediante el proceso físico de depuración. El valor de pH, respectivamente es la concentración de iones de hidrógeno o de grupos hidroxilo en medios acuosos, dependiendo de si se trata de un medio ácido o alcalino, influye mucho en que, por ejemplo, un determinado compuesto metálico permanezca disuelto en el agua o, por el contrario, en que reaccione con los grupos hidroxilo para formar sales más o menos insolubles y pueda así separarse finalmente con facilidad de los demás componentes del agua aplicando uno de los procesos físicos descritos.

Cada compuesto tiene determinados valores de pH que podemos encontrarlos en una forma química u otra. Por tanto, la gestión y el control del valor de pH del agua mediante un pH-metro adecuado marcarán el éxito o el fracaso en la depuración de determinados elementos.

Por otro lado, es bien conocido que el valor de pH influye decisivamente en la eliminación de microorganismos patógenos. Estos microorganismos, como la enterobacteria Escherichia coli, están presentes en las aguas residuales, por ejemplo, a través del vertido directo de aguas residuales o heces. Un tratamiento que consiste en bajar el pH por debajo de un nivel determinado (en función de los patógenos en los que nos queramos centrar) puede ser muy efectivo para alcanzar nuestros objetivos. Es evidente que tras este tratamiento, es imprescindible conseguir que el valor de pH esté más próximo a los neutros y que sea compatible con el resto de los organismos vivos antes de verterlo al medio ambiente.

Sobre todo cuando se clora el agua para hacerla potable para el consumo, el valor del pH es determinante para que el proceso sea realmente efectivo o no. Por razones similares a las ya mencionadas para otros compuestos inorgánicos presentes en el agua, el valor del pH también será imprescindible en el caso del cloro para la formación de uno u otro tipo de compuesto y marcará la diferencia en cuanto a si el cloro desarrolla realmente su efecto desinfectante o no. Además de otros factores que pueden influir, como puede ser la dureza del agua, los valores de pH inferiores a 6,5 - 6 o superiores a 8 impiden la eficacia del proceso.

De sobra es conocido que el pH no es más que una medida de la actividad de los iones de hidrógeno en una solución particular, y su valor determina en última instancia cuán ácido o alcalino es el medio en el que se mide. Sólo cuando se tiene en cuenta esta primera definición, se hace evidente la influencia de este parámetro sobre la calidad organoléptica de los alimentos como en las frutas y hortalizas: la acidez será, en última instancia, un factor determinante para definir el sabor de cualquier alimento. Por lo tanto, la medición con un pH-metro es gran importancia.

La acidez determina directamente el sabor de muchas materias primas, como determinadas frutas. De hecho, la mayoría de los alimentos, especialmente la fruta, son ácidos, es decir, con valores de pH por debajo de 7, lo que indica neutralidad. Sólo unos pocos alimentos son alcalinos, es decir, con un valor de pH superior a 7. Por lo que también los alimentos pueden analizarse con un pH-metro adecuado.

Ahora bien, el pH no sólo afecta al sabor más o menos ácido en el sentido primario de la palabra en muchas materias primas. Principalmente en los alimentos elaborados, como puede ser la fabricación con procesos de fermentación (hablaríamos en este caso de productos como el vino o el queso), nos encontramos con que el pH (casi siempre junto con el factor de temperatura, que suele estar muy relacionado), tiene una influencia directa en parámetros tan cruciales de la calidad organoléptica y el sabor de un alimento, como por ejemplo, la consistencia del alimento o los sabores de un tipo u otro que resultan de estas fermentaciones. El control del pH mediante el pH-metro, y por lo tanto el tipo de fauna microbiana que implica el proceso de fermentación, puede marcar la diferencia entre un producto claramente reconocible y apreciado por el cliente y por el que está dispuesto a pagar un alto precio, y un producto que deberá ser eliminado.

Como si todo esto no fuera suficiente, hay un último factor en el que el pH juega un papel crucial en el sector agrícola y alimentario, y es la conservación de los alimentos. Por ejemplo, se sabe desde hace tiempo que el uso del vinagre es uno de los métodos más eficaces para conservar determinados alimentos (industria de salazón). Esto se debe a que la alta acidez preserva el alimento. Como se ha indicado anteriormente, casi todos los microorganismos tienen una sensibilidad importante al pH, y esto incluye en particular aquellos microorganismos (bacterias, hongos, etc.) que pueden ser perjudiciales para un producto alimenticio y estropearlo para su comercialización y consumo. Un pH suficientemente bajo, si no inhibe completamente la invasión de los microorganismos nocivos, puede al menos minimizar o retrasar esta invasión prolongando la vida útil de los alimentos, que puede ampliarse aún más mediante el uso correcto de otros parámetros tan importantes como la temperatura (procesos de esterilización o congelación).

Como consecuencia de todo lo anterior, es evidente que en el sector agroalimentario, y especialmente durante el proceso de producción de alimentos más elaborados, es fundamental controlar el pH, ya sea de manera específica en algunos puntos críticos del proceso mediante un pH-metro portátil o incluso con uno de instalación fija que incluye un electrodos para la medición continua. Esto permite un control mucho más exhaustivo en la producción si el proceso lo necesita.

Los electrodos del pH-metro están generalmente fabricados para la medición por inmersión directa en una solución acuosa. Sin embargo, para la medición en determinados alimentos sólidos, como frutas, quesos o carnes, existen en el mercado electrodos especiales (con cuchillas), con los que se pueden insertar directamente en el alimento y medir el valor de pH.