Medidor de pH

O valor de pH descreve o caráter de uma solução aquosa em relação a um alinhamento ácido ou básico. Este último, seja ácido ou básico, depende da atividade dos íons/iões de hidrogênio. O pH é um fator importante em nosso ecossistema. Aqui estão alguns exemplos:

No mundo vegetal, o pH do solo tem um impacto na ingestão de nutrientes pelas raízes e, portanto, no crescimento geral da planta.

O sangue humano geralmente tem que ter um pH entre 7,35 e 7,45. Se o pH do sangue estiver baixo, a hemoglobina absorverá menos oxigênio, e produzirá uma acidose, caso contrário, quando o pH do sangue for mais alto, produzirá uma alcalose.

Na área do mundo subaquático, algumas espécies de peixes precisam de um lugar bastante ácido e outras, um ambiente bastante alcalino.

No campo da química, o valor do pH é um indicador da força de um ácido ou base.

São usados vários métodos ou um dispositivo de medição / medidor de ph para determinar o valor de pH.

Com os fotômetros de pH também usam o efeito da mudança de cor. Deve-se tomar uma amostra de água para a medição e depois medi-la em duas fases. Durante a 1ª fase de medição, realiza-se um teste em branco (somente se coleta a amostra). Antes da segunda fase de medição, um reagente é adicionado à amostra que causa a mudança de cor da amostra. Aqui a mudança de cor é feita com um sistema de medição ótico e convertido diretamente no valor de pH. Os custos de manutenção para um Medidor de pH com base no procedimento fotométrico são relativamente baixos, mas os reagentes são necessários para cada medição.

É realizada uma medição rápida e simples com um medidor de pH, que tem um eletrodo. Estes dispositivos de medição estão disponíveis para serem colocados sobre uma mesa ou como um dispositivo de mão, bem como uma unidade de medição de instalação fixa. A medição com um eletrodo é o método de medição mais comum usado para determinar o valor do pH.

Para aplicações em laboratórios, geralmente são usados dispositivos de mesa com eletrodos de vidro. Estes eletrodos de vidro com uma parede muito fina, requerem uma manipulação com muito cuidado. Por esta razão, no funcionamento de laboratório, os eletrodos de vidro são usados com um suporte de eletrodo, que mantém os eletrodos e se equilibra com as molas. Um Medidor de pH de mesa tem, na maioria dos casos, uma memória interna ou uma interface através da qual os dados gravados ou atualmente medidos podem ser transferidos para o PC. Enquanto a fonte de alimentação, além dos dispositivos com operação normal da rede, existem alguns modelos de Medidores de pH disponíveis que também proporcionam funcionamento através de bateria ou de um pacote de baterias. Este tipo de medidor de pH é muito flexível e também pode ser usado para medições in situ.

Os sistemas de medição de pH de instalação fixa são usados quando o valor de pH deve ser medido ou ajustado constantemente. Este medidor de pH é usado principalmente como transmissores e envia os valores medidos como sinais analógicos adicionais. Os sinais analógicos, p. 4 ... 20 mA ou 0 ... 10 V, são processados em controles eletrônicos e possivelmente passados para telas, dispositivos de dosagem ou bombas e válvulas.

A maior proporção dos dispositivos de medição de pH no mercado são os instrumentos de mão móveis.

Um medidor de pH móvel é oferecido em várias versões diferentes e com diversos equipamentos. Os dispositivos de medição de pH, que formam uma unidade sólida com o eletrodo, geralmente são denominados testers de pH. Estes testers de pH são os dispositivos mais rentáveis e são usados em aplicações onde exigem algumas medições. Como todos os eletrodos de pH estão sujeitos a desvios e, portanto, também a desgaste, ao comprar um medidor de pH deve-se considerar que o eletrodo pode ser substituído. Os instrumentos móveis de medição de pH com um eletrodo substituível / removível podem ser usados em quase todas as áreas, devido à possibilidade de mudar rapidamente o eletrodo para um especial. Um medidor de pH móvel geralmente tem memórias de valores medidos, que podem registrar o valor atual ou se a função de gravação estiver disponível, toda a série de medições. As memórias de valores medidos estão projetadas como uma memória interna ou como um gravador de cartão SD. A partir desses medidores de pH, os valores sempre podem ser transferidos para um PC e processados lá. Para a aplicação em ambientes humedecidos, o testador de pH e o dispositivo de mão devem estar equipados com proteção IP adequada.

A seleção do eletrodo de pH deve sempre ser baseada na aplicação. Portanto, nos casos mais comuns, para o medidor de pH móvel, são selecionados os eletrodos com uma caixa de plástico e preenchimento de gel. Estes eletrodos são mecanicamente relativamente estáveis e não são destruídos diretamente quando impactam nas paredes e nas bordas do container. Para a área de produtos alimentícios, os eletrodos com ponta cônica ou eletrodos embutidos em uma lâmina de aço inoxidável estão disponíveis. Para evitar encurtar a vida útil dos eletrodos, eles devem sempre ser limpos após o uso. Dependendo da aplicação, serão necessárias soluções especiais de limpeza. No caso de aplicações em águas limpas ou meios comparáveis, é suficiente limpar com água da torneira e enxaguar com água destilada. O armazenamento dos eletrodos de pH deve sempre ser realizado em uma solução de armazenamento para eletrodos de pH. Para compensar o desvio dos eletrodos de pH mencionado anteriormente, será preciso realizar de vez em quando uma calibração do medidor de pH com o eletrodo. Para este propósito, por exemplo, podem ser utilizadas soluções de calibração com valores de pH 4, 7 ou 10. Se as medições de pH forem realizadas em meios com temperaturas acima de 25°C, recomenda-se o uso medidores de pH com compensação automática de temperatura (ATC). Para os instrumentos de medição de pH com ATC, a alteração do valor medido causado pela temperatura é cancelada / excluída.

Diretrizes DIN para medir o valor de pH no solo duro

O pH do solo é um símbolo distintivo de seu conteúdo ácido ou básico. O pH do solo, como em todos os outros sistemas aquosos, está influenciado pelos sistemas de tampão naturais. A determinação tem lugar em suspensão (procedimento de extração) do solo ou em uma solução salina neutral (cloreto de cálcio 0,01 N ou cloreto de potássio) - método de medição de laboratório. Aqui, como os íons H + absorvidos pelo permutador de solo são substituídos por íons-CaCl₂, o pH medido dessa maneira é de aproximadamente 0,3-1,0 unidades por baixo do pH, que é medido em suspensões de água pura. Contudo, nem todos os dados da literatura são corretos em consequência.

Exemplo prático: medição de pH no solo com uma solução de extração de terra - Método de medição de laboratório segundo a DIN 19684 Parte 1

Faixa: entre pH 2 a pH 9
Medidor de pH: PCE-228
pH eletrodos: eletrodo de pH com membrana esférica, recarregável ou preenchido com gel, tela ou diafragma de cerâmica
Kit padrão: 1 eletrodo, 1 cubeta de volume (> 500 ml), 1 vareta magnética ou de vidro para misturar

Realizar uma medição de pH - método experimental:

Prepare a amostra com a mistura de solo (argila seca) retirada de vários pontos representativos de amostragem. Remova os corpos estranhos (por exemplo, pedras, raízes). Levante ligeiramente o solo com as mãos.

Suspensão com água destilada como dissolvente

Este método detecta a normal acidez do solo. Os íons ácidos unidos existentes na matriz do solo não são detectados. Coloque 260 ml de água destilada em 100 g de uma amostra de mistura de solo e agite esta suspensão durante 5 minutos. Posteriormente, a amostra é deixada em repouso durante pelo menos 2 horas, mas não mais de 24 horas.

Suspensão com solução de 0.01 M CaCl₂

Misture 75 ml de terra com 300 ml de solução de CaCl₂ 0,01 M (0,01 M = 1,11 g de cloreto de cálcio anidro ou 1,47 g de CaCl₂ * 2 H₂O por 1 litro de água destilada), agite muito intensamente e deixe-o sem remover pelo menos 60 minutos. Misture a amostra justo antes da medição e mergulhe o eletrodo de pH e a sonda de temperatura no líquido a ser medido.

A suspensão com uma solução de 0,01 M CaCl₂ os íons de hidrogênio facilmente substituíveis também são detectados incidentalmente, já que eles são trocados desde a matriz de amostra unida pelos cátions. Este método de determinação é muito parecido ao processo a longo prazo no solo. Esta é a razão pelo qual o pH desta suspensão é de unidades de pH 0,5 a 1,0, e menor que o pH das suspensões do meio aquoso.

Faça um registro do valor de medição com precisão 0,01 pH quando o valor medido for estável.

Indicação do valor medido em suspensão:
- Com água destilada: pH (água destilada) x.xx (y °C) pH (água destilada) 7,22 (23°C)
- Com CaCl₂: pH (CaCl₂) x.xx (y °C) pH (CaCl₂) 7,22 (23°C)

Note que durante qualquer medição de pH, pode ocorrer uma estabilidade da temperatura entre o líquido medido e o eletrodo. Após a medição, limpe o eletrodo de pH dos contaminantes enxaguando-o com água destilada. O sensor de pH não deve sofrer nenhum dano mecânico. Depois, deixe o eletrodo na solução de conservação.

Medição do pH em líquidos não aquosos

Aplicação do medidor de pH em líquidos não aquosos

Recomenda-se levar em consideração as seguintes indicações ao usar o medidor de pH:

- O resultado será mais preciso se o sensor do eletrodo principal for mantido imergido no líquido a ser medido durante 24 horas antes da medição do pH.

- É muito importante usar os seguintes três eletrodos: o eletrodo principal (vidro) do mesmo medidor de pH, um eletrodo de referência e um eletrodo de compensação de temperatura.

- Espere 5 minutos para que estabilize o valor antes de ler o resultado na tela de seu verificador de pH.

- Troque a unidade de medida do medidor de pH se o valor de pH for inferior a pH 0 ou superior a pH 14 e repita o teste.

- Depois de realizar a medição, mergulhe o sensor do medidor de pH no ácido clorídrico (0,1 mol / L HCI) durante aproximadamente 10 minutos antes de lavar o sensor. Lave cuidadosamente com água pura o cilindro externo do eletrodo de referência.

Uma das cosas mais importantes que devem saber sobre o medidor de pH, é que os valores de pH das soluções não-aquosas (ao contrário das soluções aquosas) representam apenas uma simples indicação da atividade de íons de hidrogênio na amostra.

O cloreto de potássio (KCl) que desaparece da união líquida do eletrodo de referência do medidor de pH que contém a solução de KCl, normalmente não se dissolve na maioria das soluções não aquosas, o que significa que a união líquida será bloqueada. Portanto, o acetato de lítio (CH3COOLi) é usado em alguns eletrodos de pH, já que ele se dissolverá em soluções orgânicas.

Agricultura
A faixa de pH desejável para o crescimento ideal das plantas varia dependendo do tipo de cultivo. Alguns cultivos têm um crescimento melhor com um pH na faixa de 6,0 e 7,0, enquanto outros cultivos têm um crescimento melhor em condições ligeiramente ácidas. A medição do pH serve para conhecer a acidez da terra, ou seja, quantifica a concentração de íons de hidrogênio. Quanto mais íons de hidrogênio houver, mais ácido será o solo. O pH da terra ou solo é medido em uma escala logarítmica, portanto, quando uma solução se torna 100 vezes mais ácida, o pH diminuirá em duas unidades. Quando uma solução se torna mil vezes mais ácida, o pH diminuirá em três unidades

A medição do valor de pH é de grande importância para a agricultura. Se o valor de pH da terra ou solo para os cultivos for 5,5, a produção será afetada e, como consequência, diminuirá. Se o valor cair ainda mais, as consequências serão ainda piores. No entanto, alguns cultivos são particularmente acidófilos e fornecem bons rendimentos mesmo em valores de pH próximos a 5.

Deve-se levar em consideração os diferentes elementos que compõem o solo. Um elemento que se destaca é o alumínio. Quando uma terra tem um pH abaixo de 5,0 podem ser liberadas quantidades tóxicas de alumínio e manganês na solução do solo. Quanto mais ácido o solo, mais solúvel será o alumínio, o que pode ter um efeito muito prejudicial. O alumínio solúvel é tóxico para as raízes de muitas plantas e, portanto, limita seu acesso ao solo, a água e aos nutrientes.

Em um solo com pH baixo, a atividade microbiana diminui e nutrientes como fósforo, magnésio, cálcio e molibdênio se tornam menos disponíveis. A produção agrícola pode diminuir consideravelmente e os fertilizantes tornam-se menos eficazes. Quanto mais ácido se torna um solo, menos plantas agrícolas crescerão. Existem diferentes tipos de plantações que são muito sensíveis à acidez do solo, como, por exemplo, canola, alfafa e fava. A acidificação do solo subterrâneo (10-20 cm), a camada que está abaixo da profundidade normal de cultivo, está se tornando um problema cada vez maior.

O exposto anteriormente deixa clara a importância de aumentar o nível de pH para valores próximos do pH neutro. Isso pode ser alcançado aplicando óxido de cálcio, hidróxido de cálcio ou cal agrícola. Este processo também é conhecido como calagem do solo. Dependendo do tipo de terreno, uma dose mais ou menos alta de calcário é aplicada.

A importância do pH do solo na agricultura
O pH do solo é, sem dúvida, um dos fatores mais importantes que influenciam no rendimento de qualquer cultivo, junto com outros fatores mais óbvios e conhecidos, como a disponibilidade de água ou o conteúdo de nutrientes das plantas. Não em vão o valor de pH do solo pode fazer com que certos nutrientes e oligoelementos essenciais para um cultivo determinado estejam em uma forma que pode ser assimilada pela planta, ou vice-versa: um pH do solo inadequado ou insuficientemente controlado pode fazer que os nutrientes que estavam originalmente disponíveis no solo, ou que foram adicionados pelo agricultor posteriormente por meio da fertilização, estão na forma de um composto químico que não pode ser absorvido pela planta e, como consequência, a planta não alcançará o desenvolvimento ideal. Por esse motivo, e devido ao uso ineficiente de fertilizantes caros, a rentabilidade do agricultor pode ficar seriamente comprometida caso ele não controle o nível de pH do solo com um medidor de pH adequado. Este último permitirá que ao usuário tomar as decisões corretivas apropriadas em cada caso. Existem várias técnicas agronômicas conhecidas que permitem corrigir o pH do solo e adaptá-lo às condições ideais do cultivo. Deve-se levar em consideração que cada cultivo possui faixas adequadas de pH do solo nas quais é conveniente trabalhar para um desempenho oportuno. Embora, como regra geral, a maioria dos cultivos rendem melhor em solos onde o nível de pH é próximo ao neutro ou ligeiramente ácido, existem cultivos adaptados e especialmente indicados para solos mais ácidos ou básicos, distantes do pH neutro.

Jardinagem
Quando as plantas em um jardim crescem saudáveis e não há sinais de problemas, isso significa que provavelmente o pH do solo está em uma faixa aceitável. Agora, quando os problemas começam a aparecer, como perda da cor das folhas ou crescimento débil, uma das primeiras coisas a verificar é o nível de pH da terra. É por isso que é tão importante colocar muita ênfase no pH do solo do jardim. Um pH inadequado provavelmente não matará as plantas diretamente, mas pode afetar seu crescimento, dependendo de quão sensível a planta é. Na realidade, muitas plantas são capazes de se adaptar a uma variedade de níveis de pH. As hortênsias, por exemplo, produzem flores de cores diferentes dependendo se são cultivadas em solo ácido ou alcalino.

Pode ser suficiente para o jardineiro saber se a terra é alcalina ou ácida, porque certos nutrientes só podem ser absorvidos pelas plantas quando o pH do solo está em uma faixa aceitável. Na verdade, não importa quanto fertilizante possa ser adicionado ao solo do jardim, isso não melhorará a saúde das plantas até que o valor do pH seja ajustado. A maioria das plantas prefere um pH neutro, entre 6,2 e 7,0. No entanto, existem muitas plantas que têm necessidades de pH mais específicas, como mirtilos e azáleas, que gostam de um solo muito ácido, e as lilases e clematis, que preferem um solo mais alcalino. Existem até mesmo algumas, como as hortênsias, que mudam a cor da flor dependendo do pH do solo, como mencionado anteriormente.

Medir o pH do solo é importante porque influencia vários fatores do solo que afetam ao crescimento das plantas em um jardim, como as bactérias do solo, lixiviação dos nutrientes, a disponibilidade de nutrientes, os elementos tóxicos e a estrutura do solo. A atividade bacteriana que libera nitrogênio da matéria orgânica e de certos fertilizantes é particularmente afetada pelo pH da terra do jardim, já que as bactérias atuam melhor na faixa de pH de 5,5 a 7,0.

Quando for medir o pH da terra do seu jardim e perceber que ele está fora do nível desejado, será necessário intervir para ajustá-lo. Isso irá garantir que ele se adapte às necessidades das plantas que estão em crescimento. O solo ácido ("azedo") é neutralizado com a aplicação de calcário ou cinzas de madeira finamente moída, e o solo alcalino ("doce") é tipicamente tratado com gesso (sulfato de cálcio), enxofre moído ou adubo.

Escala de pH com concentrações
O valor de pH do medidor de pH descreve a concentração de íons de hidrogênio dissolvidos e é de grande importância para muitas reações químicas e bioquímicas. A escala de pH é derivada do expoente negativo da concentração de íons oxônio e é, portanto, logarítmica. No ponto neutro de pH 7, as concentrações de íons oxônio e hidróxido são exatamente idênticas em quantidade. Este valor de pH é exibido em um medidor de pH, por exemplo, em água pura ou soluções neutralizadas. Em valores de medidor de pH abaixo de 7, a concentração de íons oxônio é maior e a solução reage de forma ácida. Por outro lado, valores acima de 7 significam uma proporção maior de íons hidróxidos, de modo que tais soluções reagem 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

O diagrama mostra a escala de pH habitual de 0 a 14 e a concentração de íons relacionados de H30+ e OH- na água. A escala de pH é derivada do exponente negativo da concentração H3=+ e tem uma estrutura logarítmica. No "ponto neutro" pH/, a concentração de íons de H30+ e OH- são iguais em quantidade. Isso seria no caso de água ultrapura. Se a concentração de H30+ aumenta, isso é conhecido como valores de pH ácidos, dentro de uma faixa de pH de 0 a 7. Se, por outra parte, a concentração de íons de OH- for maior, tem uma faixa de pH alcalino de pH 7 a 14.

Por que podem ocorrer valores negativos de pH?
O valor do pH indica a quantidade de íons de hidrogênio dissolvidos ou sua atividade contida em uma solução aquosa. Se a quantidade de íons de hidrogênio (H+ ou como H3O+) for igual à quantidade de íons de hidróxido (OH-), a solução é chamada de pH neutro. Isto corresponde a uma leitura de 7 em um medidor de pH, presente em água pura a uma temperatura de 25 ºC. No entanto, assim que outras substâncias são dissolvidas na água, como na água da torneira ou na água da chuva que absorveu substâncias do ar, o valor do pH pode mudar. Portanto, isso ocorre apenas se as substâncias dissolvidas influenciarem o equilíbrio em favor dos íons de hidrogênio ou em favor dos íons hidróxidos. Se houver um excesso de íons de hidrogênio, o valor do pH é reduzido em um medidor de pH e a solução é chamada de ácida. Se a quantidade de íons hidróxido predominar, o valor de pH aumenta e a solução torna-se básica ou alcalina. Quanto maior a diferença entre a quantidade de íons hidrogênio e íons de hidróxidos, mais distante estará o valor de pH 7.

Por exemplo, os ácidos introduzem muitos íons de hidrogênio adicionais e, assim, deslocam o valor do pH para baixo. Para a maioria das aplicações, um medidor de pH, que normalmente usa uma faixa de 0 a 14 pH é suficiente. No entanto, ácidos fortes podem perturbar o equilíbrio de tal forma que são produzidos valores negativos de pH. No entanto, os possíveis valores numéricos estão limitados pela solubilidade dos ácidos na água. Por exemplo, na água de mina extremamente ácida de uma mina da Califórnia, os medidores de pH detectaram valores de pH tão baixos quanto -3,6. Quase todos os medidores de pH só podem medir valores dentro de uma faixa de 0 a 14, o que é completamente suficiente para muitas aplicações. Porém, os medidores de pH digitais com uma faixa de medição estendida estão disponíveis há algum tempo. Com um medidor de pH deste tipo, é possível medir de maneira rápida e fácil valores de pH negativos de -1 ou até -2.

O valor de pH da solução de ácido clorídrico em diferentes concentrações:

Um medidor de pH pode indicar valores de pH acima de 14?
Assim como soluções altamente ácidas têm valores de pH abaixo de 0, há também substâncias básicas cujas soluções aquosas altamente concentradas têm valores de pH acima de 14. Isto inclui, por exemplo, a solução de hidróxido de sódio. Como a faixa de medição dos medidores de pH comuns termina em 14, eles não podem determinar valores mais altos. Para a medição de soluções fortemente alcalinas, é necessário um medidor de pH com uma faixa de medição estendida. Já existem modelos de medidor de pH que podem medir valores de pH até 15, 16 ou mesmo até 20.

O valor de pH do hidróxido de sódio em diferentes concentrações:

Erros de medição de um medidor de pH ao medir ácidos e álcalis fortes
Com ácidos fortes, especialmente com valores de pH abaixo de 2, e com álcalis fortes com valores de pH acima de 12, podem ocorrer erros de medição consideráveis quando se usa um medidor de pH normal. No caso de um erro ácido, é indicado valores de pH muito altos e, no caso de um erro alcalino, são indicados valores de pH muitos baixos. O motivo geralmente é porque a camada de membrana do eletrodo é alterada pela solução. Ao analisar soluções com tais valores, escolha um medidor de pH cujo eletrodo de pH seja adequado para estas faixas de medição. Observe também que as soluções utilizadas para calibrar um medidor de pH devem incluir a faixa de medição desejada. Portanto, ao medir valores de pH abaixo de 2, não é recomendável calibrar o medidor de pH com as soluções de calibração usuais de pH 4,0, pH 7,0. Em vez disso, deve-se utilizar soluções especiais de calibração para medidores de pH de alta qualidade, por exemplo, de pH 1,0 e pH 2,0.

Os eletrodos de pH de membrana de vidro convencionais são geralmente construídos como um sistema de medição de uma haste com um eletrodo de referência integrado. Em um medidor de pH, o eletrodo de medição e o eletrodo de referência são integrados em uma haste de vidro que está imersa na substância a ser medida. Muitas vezes, um sensor de temperatura também é integrado para compensação automática de temperatura. Um medidor de pH com um eletrodo de vidro tem uma ampla faixa de medição, mas é suscetível a interferências. Principalmente, a membrana de vidro e o diafragma do eletrodo de referência devem ser manuseados com cuidado e mantidos permeáveis. Portanto, estes eletrodos de pH são frequentemente limpos e armazenados em soluções especiais. Um medidor de pH com estes eletrodos deve ser calibrado e ajustado regularmente e com frequência. Quando uma precisão suficiente não for alcançada, será necessário substituir o eletrodo. Quando é indicado que um medidor de pH é livre de manutenção, isso geralmente se refere apenas ao fato de que não é necessário preencher ou substituir o líquido eletrolítico usado no eletrodo de referência.

Para o controle contínuo do valor de pH em processos, recomendamos o uso de medidores de pH com eletrodos especiais que alcançam resultados de medição precisos e não requerem manutenção ou calibração ou apenas esporadicamente. Especialmente em processos longos onde é necessário reagir a pequenos desvios no valor do pH, assim como em processos onde diferentes valores de pH devem ser alcançados e mantidos ao longo do tempo, é vantajoso usar um eletrodo de pH que não tenha que ser desmontado para limpeza ou calibração durante o processo. Muitos dos eletrodos de pH de baixa manutenção podem ser limpos em procedimentos automatizados que são adaptados à respectiva sequência de processo; alguns também são calibram e ajustados automaticamente.

Para medições contínuas em ambientes industriais onde as medições são feitas diretamente no líquido do processo, geralmente são usados medidores de pH com sondas que não só requerem menos manutenção, mas também são mecanicamente e quimicamente mais resistentes do que eletrodos de vidro habituais. Estes incluem, por exemplo, eletrodos de pH nos quais o esmalte funciona como uma camada sensível ao pH, em vez da membrana de vidro, e sondas de pH que medem utilizando a tecnologia ISFET. ISFET significa transistor de efeito de campo sensível a íons (Ion Sensitive Field Effect Transistor). Com sensores ISFET, o valor de pH é determinado pelos efeitos de campo que ocorrem quando os íons se acumulam.