pHMetro / pH-Metro

Ulteriori informazioni sul valore di pH visualizzato dal pHmetro

Scala del pH con concentrazioni
Il valore del pH del pHmetro descrive la concentrazione di ioni idrogeno disciolti ed è di grande importanza per molte reazioni chimiche e biochimiche. La scala del pH deriva dall'esponente negativo della concentrazione di ioni ossonio ed è quindi logaritmica. Al punto neutro di pH 7, le concentrazioni di ioni ossonio e idrossido sono esattamente identiche in quantità. Questo valore di pH viene visualizzato su un pHmetro, ad esempio in acqua pura o in soluzioni neutralizzate. A valori di pH inferiori a 7, la concentrazione di ioni ossonio è maggiore e la soluzione reagisce in modo acido. Valori superiori a 7, invece, significano una maggiore proporzione di ioni idrossido, per cui tali soluzioni reagiscono in modo alcalino.

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

Lo schema mostra la scala pH ordinaria da 0 a 14 e la correlata concentrazione di ioni di H3O+ e OH- nell'acqua. La scala del pH viene derivata dall'esponente negativo della concentrazione H3 = + e ha una struttura logaritmica. Al "punto neutrale" pH, le concentrazioni di ioni di H3O+ e OH- sono uguali in quantità. Questo sarebbe il caso dell'acqua ultra pura. Se la concentrazione di H3O+ aumenta, si intendono i valori di pH acidi all'interno di un intervallo di pH da 0 a 7. Se, d'altra parte, la concentrazione ionica di OH- predomina, abbiamo una scala di pH alcalino con pH da 7 a 14.

Perché possono verificarsi valori di pH negativi?
Il valore del pH indica la quantità di ioni idrogeno disciolti o la loro attività contenuti in una soluzione acquosa. Se la quantità di ioni idrogeno (H+ o come H3O+) è uguale alla quantità di ioni idrossido (OH-), la soluzione è chiamata pH neutro. Ciò corrisponde a una lettura di 7 su un pHmetro, presente in acqua pura a una temperatura di 25ºC. Tuttavia, non appena altre sostanze si dissolvono nell'acqua, come l'acqua del rubinetto o l'acqua piovana che ha assorbito sostanze dall'aria, il valore del pH può cambiare. Tuttavia, ciò si verifica solo se le sostanze disciolte influenzano l'equilibrio a favore degli ioni idronio oa favore degli ioni idrossido. Se c'è un eccesso di ioni idrogeno, il valore del pH viene abbassato su un pH-metro e la soluzione si definisce acida. Se predomina la quantità di ioni idrossido, il valore del pH aumenta e la soluzione diventa basica o alcalina. Maggiore è la differenza tra la quantità di ioni idrogeno e ioni idrossido, più lontano è il valore di pH 7.

Ad esempio, gli acidi introducono molti ioni idrogeno aggiuntivi e quindi spostano il valore del pH verso il basso. Per la maggior parte delle applicazioni, è sufficiente un pHmetro, che in genere utilizza un intervallo compreso tra 0 e 14 pH. Tuttavia, gli acidi forti possono sconvolgere l'equilibrio così tanto da produrre valori di pH negativi. Tuttavia, i possibili valori numerici sono limitati dalla solubilità degli acidi in acqua. Ad esempio, nell'acqua di miniera estremamente acida proveniente da una miniera della California, i pHmetri hanno rilevato valori di pH fino a -3,6. Quasi tutti i pH-metri possono misurare solo valori compresi tra 0 e 14, che è abbastanza sufficiente per molte applicazioni. Tuttavia, da tempo sono disponibili misuratori di pH digitali con un campo di misura esteso. Con un pHmetro di questo tipo è possibile misurare rapidamente e facilmente valori di pH negativi fino a -1 o addirittura -2.

Il valore del pH della soluzione di acido cloridrico a diverse concentrazioni:

Acido cloridrico HCl 0,4%		pH = 1
Acido cloridrico HCl 3,7%		pH = 0
Acido cloridrico HCl 20%		pH = -0,3
Acido cloridrico HCl 37%		pH = -1

Può un pHmetro indicare valori di pH superiori a 14?
Proprio come le soluzioni altamente acide hanno valori di pH inferiori a 0, esistono anche sostanze basiche le cui soluzioni acquose altamente concentrate hanno valori di pH superiori a 14. Ciò include, ad esempio, la soluzione di idrossido di sodio. Poiché il campo di misura dei comuni pH-metri termina a 14, non possono determinare valori superiori. Per la misurazione di queste soluzioni fortemente alcaline è necessario un pHmetro con un campo di misura esteso. Esistono già modelli di pHmetro in grado di misurare valori di pH fino a 15, 16 o addirittura fino a 20.

Il valore del pH dell'idrossido di sodio in differenti concentrazioni:

Idrossido di sodio NaOH 0,4%		pH = 13
Idrossido di sodio NaOH 4%		pH = 14
Idrossido di sodio NaOH 30%		pH = 15

Errori di misurazione di un pHmetro durante la misurazione di acidi e alcali forti
Con acidi forti, in particolare con valori di pH inferiori a 2, e con alcali forti con valori di pH superiori a 12, possono verificarsi notevoli errori di misura utilizzando un normale pHmetro. In caso di errore acido vengono indicati valori di pH troppo alti e in caso di errore alcalino vengono indicati valori di pH troppo bassi. La causa è solitamente perché lo strato di membrana dell'elettrodo viene normalmente modificato dalla soluzione. Quando si analizzano soluzioni con tali valori, scegliere un pHmetro il cui elettrodo pH sia adatto a questi intervalli di misurazione. Si tenga inoltre presente che le soluzioni utilizzate per calibrare un pHmetro devono includere il range di misura desiderato. Pertanto, se si intendono misurare valori di pH inferiori a 2, si sconsiglia di calibrare il pHmetro con le solite soluzioni di calibrazione di pH 4.0, pH 7.0. Invece, dovresti usare soluzioni di calibrazione speciali per misuratori di pH di alta qualità, come pH 1.0 e pH 2.0.

 

Linee guida DIN per la misura del valore pH nel terreno duro

Il pH del terreno è un segno distintivo del suo contenuto acido o basico. Il pH del suolo, come in tutti gli altri sistemi acquosi, è influenzato da sistemi a tampone naturale. La determinazione ha luogo o in sospensione (procedimento di estrazione) del suolo o in una soluzione salata neutrale (0.01 N cloruro di calcio o cloruro di potassio) – metodo di misura da laboratorio. Qui, dato che gli ioni H+ assorbiti dallo scambiatore di terra vengono sostituiti da ioni-CaCl2, il pH misurato in questo modo è circa 0.3-1.0 unità sotto il pH, che viene misurato in sospensioni acquee pure. Tuttavia, non tutti i dati nella letteratura sono corretti di conseguenza.

Esempio pratico: misura del pH nel suolo con una soluzione di estrazione del suolo – Metodo di misura da Laboratorio secondo DIN 19684 Parte 1

Range di misura: tra pH 2 e pH 9

Misuratore: PCE-228

Elettrodo per pH: elettrodo per pH con membrane sferica, riempibile o piena di gel, diaframma in ceramica o in tessuto

Attrezzatura necessaria: 1 elettrodo autonomo, 1 becher di volume (>500ml), 1 asta magentica o di vetro per mescolare

Eseguire una misura del pH – metodo sperimentale:

Preparare il campione del terreno mescolato (argilla asciutta) prelevato da vari punti di campionamento rappresentativi. Rimuovere i corpi estranei (tra le altre, pietre, radici). Alzare leggermente il terreno con le mani.

Sospensione con acqua distillata come solvente

Questo metodo rileva l'acidità normale del terreno. Gli ioni acidi vincolati esistenti presenti nella matrice del suolo non vengono rilevati. Mettere 260 m l di acqua distillata in 100 g di un campione di miscela di terreno e mescolare / scuotere questa sospensione per 5 minuti. Successivamente, il campione viene lasciato fermo per almeno 2 ore, ma non più di 24 ore.

Sospensione con soluzione di 0.01 M CaCl2

Prendere 75 ml di terreno e mescolarlo con 300 ml di soluzione 0.01 M CaCl2 (0.01 M = 1.11 g di cloruro di calcio anidro o 1.47 g di CaCl2 * 2 H2O per 1 litro di acqua distillata), mescolare molto intensamente e lasciarlo stare senza agitare per almeno 60 minuti. Mescolare il campione poco prima della misura e immergere l'elettrodo per pH e la sonda di temperatura nel fluido da misurare.

pH-Metro per la salute delle piante. La sospensione con soluzione 0.01 M CaCl2 gli ioni di idrogeno facilmente sostituibili vengono accidentalmente rilevati, in quanto questi vengono scambiati dalla matrice campione legata dai cationi. Questo metodo di determinazione è molto vicino al processo a più lungo termine nel suolo. È per questo che il pH di questa sospensione è di unità di pH 0.5 a 1.0 è inferiore al pH delle sospensioni del terreno acquoso.

Fare una registrazione del valore della misurazione con precisione 0.01 pH quando il valore misurato è stabile.

Indicazione del valore misurato in sospensione:

- Con acqua distillata: pH (acqua distillata) x.xx (y °C) pH (acqua distillata) 7,22 (23 °C)
- Con CaCl2: pH (CaCl2) x.xx (y °C) pH (CaCl2) 7,22 (23 °C)

Si prega di notare che durante qualsiasi misura del pH può verificarsi una stabilità della temperatura tra il liquido sotto misura e l'elettrodo. Infine, dopo la misura pulire l'elettrodo per pH dai contaminanti sciacquandolo con acqua distillata. Il sensore di pH non deve essere influenzato meccanicamente. Quindi tenere l'elettrodo nella soluzione di conservazione.

Misura del pH in solvente diverso dall'acqua

Applicazione del pHmetro in solventi non acquosi

Si raccomanda di considerare le seguenti indicazioni quando si usa il pHmetro:

- Il risultato sarà più preciso se si tiene il sensore dell'elettrodo principale immerse nel liquido da testare per 24 ore prima della misurazione del pH.
- È molto importante usare i seguenti tre elettrodi: l'elettrodo principale (vetro) del proprio pHmetro, un elettrodo di riferimento e un elettrodo per la compensazione della temperatura.
- Lasciare 5 minuti per stabilizzare il valore prima di leggere dal display del proprio tester pH.
- Cambiare l'unità di misura del proprio pHmetro se il valore pH è sotto pH 0 o sopra pH 14 e ripetere la misura.
- Dopo aver eseguito la misura, immergere il sensore del pHmetro nell'acido cloridrico (0,1 mol/L HCI) per circa 10 minuti prima di lavare il sensore come anche il cilindro esterno dell'elettrodo di riferimento attentamente con acqua pura

Una delle cose più importanti da sapere sul pHmetro è che i valori di pH delle soluzioni non-acquose a differenza di quelle acquose, sono più o meno solamente un'indicazione dell'attività ionica dell'idrogeno nel campione.
Il cloruro di potassio (KCl) che scompare dalla giunzione liquida dell'elettrodo di riferimento del pHmetro contenente la soluzione KCl normalmente non si dissolve nella maggior parte delle soluzioni non acquose, il che significa che la giunzione liquida sarà bloccata. Pertanto, l'acetato di litio (CH3COOLi) viene utilizzato in alcuni elettrodi per pH, in quanto si dissolverà in soluzioni organiche.

 

Aree di applicazione del pHmetro

Agricoltura

Il miglior range di pH per la crescita ottimale delle piante varia in base al tipo di coltivazione. In alcune piante lo sviluppo è migliore con un pH tra 6,0 e 7,0, mentre in altri casi le piante crescono meglio in presenza di una leggera acidità. La misurazione del pH serve per conoscere l'acidità della terra, vale a dire che quantifica la concentrazione di ioni di idrogeno. Più ioni di idrogeno sono presenti, più acido sarà il terreno. Il pH del terreno viene misurato in scala logaritmica, in modo tale che quando una soluzione diventa cento volte più acida, il PH diminuirà di due unità. Quando una soluzione è troppo acida, il pH diminuirà di tre unità.

La misurazione del pH riveste grande importanza per l'agricoltura. Se il valore pH del terreno è di 5,5 la produzione sarà minore. Se il valore scende ancora, le conseguenze saranno peggiori. Tuttavia, alcune coltivazioni sono particolarmente acidofile e danno buone rese anche con valori di pH vicini a 5.

Bisogna tenere presenti i vari elementi che compongono il terreno. Un elemento importante è l'alluminio. Quando il terreno ha un pH inferiore allo 5,0 possono liberarsi quantità tossiche di alluminio e manganese. Più acido è il terreno, più solubile sarà l'alluminio, con conseguenze assai nocive. L'alluminio solubile è tossico per le radici di molte piante, e limite l'infiltrazione nel terreno di acqua e nutrienti.

In un terreno con un pH basso, L'attività microbica diminuisce e le sostanze nutritive come fosforo, magnesio, calcio e molibdeno diventano meno disponibili. La produzione agricola può diminuire notevolmente e i fertilizzanti diventano meno efficaci. Più un terreno diventa acido, meno piante agricole cresceranno. Esistono diversi tipi di piantagioni che sono molto sensibili all'acidità del suolo, come ad esempio colza, erba medica e fagioli. L'acidificazione del terreno nello strato al di sotto della normale profondità di coltivazione (10-20 cm), sta diventando un problema crescente.

Quanto spiegato prima evidenzia l'importanza di portare il livello di pH fino a valori vicini al pH neutro. Questo si può ottenere applicando ossido di calcio, idrossido di calcio o calce agricola. Questo processo è conosciuto anche come calcinazione del terreno. A seconda del tipo di terreno, viene applicata una quantità più o meno elevata di calcare.

L'importanza del pH del terreno in agricoltura
Il pH del suolo è senza dubbio uno dei fattori più importanti che influiscono sulla resa di qualsiasi coltivazione, insieme ad altri fattori più evidenti e noti come la disponibilità di acqua o il contenuto di nutrienti delle piante. Il valore del pH del terreno, infatti, può far sì che alcuni nutrienti essenziali e oligoelementi per una data coltura siano in una forma che può essere assimilata dalla pianta o viceversa: un pH del terreno inadeguato o non sufficientemente controllato può rendere i nutrienti che erano originariamente disponibili nel terreno, o che l'agricoltore ha aggiunto in seguito mediante fertilizzazione, sono sotto forma di un composto chimico che non può essere assorbito dalla pianta e di conseguenza la pianta non raggiungerà uno sviluppo ottimale. Per questo motivo, e per l'uso inefficiente di fertilizzanti costosi, il guadagno dell'agricoltore può essere seriamente compromesso se non controlla il livello di H nel terreno con un pHmetro adatto. Questo dispositivo consentirà di prendere le decisioni appropriate in ogni caso. Diverse tecniche agronomiche consentono di correggere il pH del terreno e adattarlo alle condizioni ottimali della coltura. Bisogna tenere conto che ogni coltura ha intervalli adeguati del pH del terreno in cui è conveniente lavorare per una prestazione tempestiva. Sebbene, come regola generale, la maggior parte delle colture abbia prestazioni migliori in terreni in cui il livello di pH è vicino al neutro o leggermente acido, esistono colture che sono particolarmente adatte a terreni più acidi o più basici, lontani dal pH neutro.

Giardinaggio
Se le piante di un giardino crescono sane e non appaiono complicazioni, significa probabilmente che il pH del terreno si trova in un range accettabile. Ma quando sorgono i problemi, come la perdita di colore delle foglie, o una crescita debole, una delle prime cose da controllare è il livello di pH del terreno. Ecco perché riveste tanta importanza il pH del terreno del giardino. Un pH inadeguato probabilmente non uccide direttamente le piante, ma può influenzare negativamente il loro sviluppo, in base a quanto è sensibile la pianta. Molte piante, in realtà, possono adattarsi a vari livelli di pH. Le ortensie, ad esempio, producono fiori di vario colore a seconda della coltivazione in terreno acido o alcalino.

Può essere sufficiente per il giardiniere sapere se il terreno è alcalino o acido, perché alcuni nutrienti possono essere assorbiti dalle piante solo quando il pH del terreno si trova a un livello accettabile. Infatti, indipendentemente dalla quantità di fertilizzante che può essere aggiunta al terreno del giardino, la salute delle piante non migliora fino a quando il valore del pH non sarà stato regolato. La maggior parte delle piante preferisce un pH piuttosto neutro, tra 6,2 e 7,0. Tuttavia, ci sono molte piante che hanno esigenze di pH più specifiche, come mirtilli e azalee, che amano il terreno molto acido, e lillà e clematide, (comunemente noti come clematidi), che preferiscono un terreno più alcalino. Ce ne sono anche alcune, come le ortensie, che cambiano il colore del fiore a seconda del pH del terreno, come detto sopra.

La misurazione del pH del terreno è importante perché incide su diversi fattori del terreno che influenzano a loro volta la crescita delle piante in un giardino, come i batteri del suolo, la lisciviazione dei nutrienti, la disponibilità di nutrienti, gli elementi tossici e la struttura del terreno. L'attività batterica che rilascia azoto dalla materia organica e da alcuni fertilizzanti è particolarmente influenzata dal pH del terreno del giardino, poiché i batteri agiscono meglio nel range di pH compreso tra 5,5 e 7,0

Quando si misura il pH del terreno del giardino e ci si accorge di non avere il livello desiderato, bisogna intervenire per regolarlo. In questo modo riusciremo ad adattarlo alle esigenze delle piante che stanno crescendo. Il terreno acido viene contrastato applicando calcare finemente macinato o cenere di legno, e il terreno alcalino viene tipicamente trattato con gesso (solfato di calcio), zolfo macinato o compost.

pHmetro con elettrodi che non richiedono manutenzione
I convenzionali elettrodi per pH a membrana di vetro sono generalmente costruiti come un sistema di misurazione a barra singola con un elettrodo di riferimento integrato. In un pHmetro, l'elettrodo di misurazione e l'elettrodo di riferimento sono integrati in una bacchetta di vetro immersa nella sostanza da misurare. Spesso integra anche un sensore di temperatura per compensare automaticamente la temperatura. Un pHmetro con elettrodo di vetro ha un ampio range di misura, ma è suscettibile di interferenze. La membrana di vetro e il diaframma dell'elettrodo di riferimento devono essere maneggiati con cura e mantenuti impermeabili. Questi elettrodi pH devono quindi essere puliti spesso e conservati in soluzioni speciali. Un pHmetro con questi elettrodi deve essere calibrato e regolato regolarmente e frequentemente. Quando non si ottiene una precisione sufficiente, sarà necessario sostituire l'elettrodo. Quando si indica che un pHmetro non richiede di manutenzione, ci si riferisce solitamente solo al fatto che non è necessario ricaricare o sostituire il liquido elettrolitico utilizzato nell'elettrodo di riferimento.

Per il controllo continuo del valore di pH nei processi, si consiglia l'utilizzo di pHmetri con elettrodi speciali che consentono di ottenere risultati di misura precisi e non richiedono, se non sporadicamente, manutenzione o calibrazione. Soprattutto nei processi lunghi in cui è necessario reagire a piccole deviazioni del valore di pH, così come in quei processi in cui è necessario raggiungere e mantenere nel tempo diversi valori di pH, è vantaggioso utilizzare un elettrodo pH che non si debba smontare per la pulizia o la calibrazione durante il processo. Molti degli elettrodi pH a bassa manutenzione possono essere puliti con procedure automatizzate adattate alla rispettiva sequenza di processo; alcuni si calibrano e si regolano automaticamente.

Per le misure continue in ambienti industriali dove le misure vengono effettuate direttamente nel liquido di processo, vengono spesso utilizzati i misuratori di pH con sonde, che non solo richiedono meno manutenzione, ma sono anche meccanicamente e chimicamente più resistenti dei tipici elettrodi in vetro. Questi includono, ad esempio, elettrodi pH in cui lo smalto funge da strato sensibile al pH, invece della membrana di vetro, e sonde pH che misurano utilizzando la tecnologia ISFET. ISFET è l'acronimo di Ion Sensitive Field Effect Transistor. Con i sensori ISFET, il valore del pH è determinato dagli effetti di campo che si verificano quando gli ioni si accumulano.