CAPÍTULO 7 EL PH. 7.1 Aspectos teóricos. K W = [H + ][HO ] = a 25 ºC

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Purificación Ramos Vega
hace 7 años
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1 CAPÍTULO 7 EL PH 7.1 Aspectos teóricos El ph es una expresión del carácter ácido o básico de un sistema acuoso. En un sentido estricto, es una medida de la "actividad del ion hidronio ; en un sentido práctico, es una medida de la concentración molar del ion hidronio en un sistema acuoso. El ph, es una medida de la intensidad ácida o alcalina de una muestra de agua, que difiere de los términos acidez y/o alcalinidad, en la medida en que estos últimos expresan esencialmente la capacidad amortiguadora de la muestra, más que su carácter ácido o básico propiamente dicho. Los conceptos de ph, alcalinidad y acidez se relacionan mutuamente debido a que el ph de la muestra se utiliza como criterio para determinar si la capacidad amortiguadora de una muestra de agua se ha de medir en función de su acidez o en función de su alcalinidad. En este sentido los conceptos de ph, acidez y alcalinidad, se asemejan mucho a los de temperatura y calor. El origen de la escala de ph proviene del valor de la constante de ionización del agua a 25 C, K W : H 2 O H + + OH [H + ][OH ] K W = [H 2 O] Ya que en la mayoría de los casos (para valores de ph comprendidos entre 1 y 13) la concentración de agua es mucho más grande que la del ion hidrógeno, H + o la del ion hidroxilo, OH, para la mayoría de fines prácticos se asume que este valor es muy grande y siempre constante y, se representa la constante de ionización del agua, simplemente como: K W = [H + ][HO ] = a 25 ºC Puesto que para una misma temperatura, K W es constante cuando la [H + ] aumenta, la [OH ] disminuye, y a la inversa. De la anterior ecuación se deduce que cuando el agua es neutra, la [H + ] = 10 7 M. Ya que no es práctico expresar la concentración molar de ninguna especie (y en este caso del ion hidrógeno) en cifras exponenciales, se ha establecido una escala logarítmica, más práctica en este caso; esta escala conocida como la escala de ph, se define matemáticamente como: ph = log[h + ] Siendo la escala de ph logarítmica e inversa, un aumento de una unidad en el ph corresponde a una disminución de 10 veces en la concentración molar del ion hidrógeno. El extremo inferior de la escala (ph = 0) corresponde a un carácter ácido equivalente al de una solución 1,0 M de HCl, mientras que el extremo superior (ph = 14) corresponde a un carácter básico equivalente al de una solución de NaOH 1,0 M.

2 De esta forma, la escala de ph es simplemente una escala de medición del carácter ácido o básico de un sistema acuoso, entre dos extremos opuestos: uno molar ácido y uno molar básico (figura, 7.1). La escala de medición del carácter ácido o básico, así definida, ha resultado ser muy útil pues, aun cuando existen en la naturaleza sistemas acuosos más ácidos que el ph = 0, o más básicos que el ph = 14, en el 99,99 % de los casos, el ph de los sistemas acuosos naturales se halla comprendido dentro del rango de esta escala. Equilibrio Ácido Base en Agua Medio Ácido: H + >>> OH Medio Neutro: H + = OH Medio Básico: OH >>> H + FIGURA 7.1 ILUSTRACIÓN GRÁFICA DE LA ESCALA DE PH. FUENTE: AUTOR Pocas propiedades en la naturaleza poseen un grado de variación tan grande como el del ph. Así, por ejemplo, la dureza en el agua, el color, la turbidez o su conductividad eléctrica son parámetros cuyo rango de variación no llega siquiera a la sexta cifra decimal, mientras que el del ph alcanza las 14 cifras decimales!.. Piense en esto: si la escala de ph fuese una cinta métrica para medir distancias, con dicha escala se podría medir, cómodamente, desde un milímetro hasta la distancia de la Tierra al sol! Formas de Medición Una indicación aproximada del ph puede obtenerse mediante el uso de indicadores y/o papeles impregnados de un indicador, los cuales, mediante sus variaciones en color indican las variaciones en el valor del ph. Estos métodos son empleados cuando la rapidez de la medición prevalece sobre la exactitud de la medida y/o cuando la medición directa con electrodo se dificulta, como por ejemplo, cuando se trata de muestras muy calientes o muy alcalinas. De cualquier manera, cuando se trata de muestras coloreadas o cuando se requiere exactitud en las medidas, el método más confiable y seguro para determinar el ph de un sistema acuoso es, siempre, mediante el uso de un phmetro. 1 Distancia tierra al sol: 149` km.

3 Un phmetro es un instrumento analítico que consta de un sensor o electrodo selectivo para el ion hidrógeno y de un sistema electrónico que captura la señal de concentración como una señal eléctrica y la traduce en una escala de valores numéricos. Ya que, en términos generales, cualquier diferencia de concentración puede asociarse a una diferencia de potencial eléctrico, un phmetro es, en principio, un voltímetro que mide diferencias de potencial eléctrico, asociadas a diferencias de concentración. De ahí el origen de su denominación como potenciómetro. Así, el fundamento de la determinación potenciométrica del ph es la medición de la actividad de los iones hidrógeno mediante el uso de un electrodo patrón de hidrógeno y otro de referencia. El alma de estos equipos la constituye el electrodo y, por ende se recomienda especial cuidado con esta parte del equipo. Algunas recomendaciones especiales que se deben tener durante el uso de estos electrodos son: Violeta de Metilo Azul de Timol Amarillo de Metilo Azul de Bromofenol Naranja de Metilo Rojo de Metilo Azul de Bromotimol Rojo de Fenol Fenoftaleina Timolftaleina Amarillo de Alizarina FIGURA 7.2. INDICADORES Y PHMETRO. FUENTE: AUTOR El sensor del electrodo debe permanecer siempre húmedo para asegurar su hidratación. Cuando el electrodo no esté en uso, se debe mantener sumergido en una solución de KCl 3,0 M. Puesto que el electrodo de referencia en un electrodo combinado de ph consta de una celda de Ag/AgCl, se debe procurar guardarlo inmerso en soluciones que contengan cloruros y evitar aquellas que contengan iones que precipiten el ion plata, tales como muestras que contengan sulfuros, cromatos, etc. Se deben evitar las muestras extremadamente calientes o de ph extremo, particularmente las de ph básico. Dichas muestras descalibran el equipo y disminuyen la vida útil del electrodo Un phmetro, como cualquier otro equipo de medición, necesita de un proceso de calibración rutinario para que pueda suministrar resultados confiables. Por lo general, durante las campañas de muestreo en campo, se debe calibrar el phmetro por lo menos una vez al día, antes de cada jornada. Si el ph esperado en las muestras que se requiere medir es ligeramente ácido, es aconsejable calibrar el instrumento frente a soluciones patrón de ph 4,00 y 7,00. Si por el contrario

4 el ph esperado es ligeramente alcalino, se recomienda calibrar con soluciones patrón de ph 7,00 y 10, Preparación de los patrones de ph Los patrones para ph suelen prepararse a partir de agua desmineralizada o bien a partir de una solución diluida de KCl, para obviar la acidez del agua desmineralizada. Esta solución se utiliza para el lavado del electrodo (en un frasco lavador) antes y después de cada calibración 2. FIGURA 7.3 PHMETRO DE CAMPO Y ELECTRODO DE PH. FUENTE: AUTOR Buffer ph = 4,00: Pesar 10,12g de KHC 8 H 4 O 4 secado a 105 ºC y llevar a un litro, el ph de esta solución es de 4,004 a 25 ºC. Buffer ph + 8,86: Pesar 3,387 g KH 2 PO 4 y 3,533 g de Na 2 HPO 4 secados con anticipación y llevar a un litro, el ph de esta solución es de 6,863 a 25 ºC. Buffer ph = 9,18: Disuelva 3,80 g de Na 2 B 4 O 7. 10H2O y complete a un litro, el ph de esta solución es de 9,183 a 25 ºC. NOTA: El electrodo debe permanecer vertical y con el sensor humedecido cuando no se esté usando. El dejarlo seco durante un tiempo prolongado, puede deteriorarlo irreversiblemente y el mantenerlo con la punta de frita de vidrio hacia arriba, introduce burbujas de aire que alteran las mediciones. 7.4 Mediciones en campo El valor más representativo del ph de un cuerpo de aguas es el que se mide directamente en campo. Es frecuente que estos valores cambien cuando se miden en el laboratorio, en muestras que han sido transportadas. Esto sucede porque el ph está influenciado por el tipo de gases disueltos en la muestra y la concentración de estos, a su vez, depende de la temperatura y de la 2 En algunos casos, particularmente cunado se trabaja con aguas de muy baja conductividad eléctrica, se pueden lograr mediciones de ph mas estables y mas rápidas, adicionando unas pocas gotas de solución diluida de KCl.

5 presión de cada lugar. Por esta razón, se recomienda realizar las mediciones directamente en la fuente. 7.5 Materiales phmetro y cinta para ph. Vasos de precipitados. Frasco lavador. 7.6 Práctica de laboratorio La parte experimental de este capítulo se realiza conjuntamente con la de conductividad eléctrica en el capítulo 8.

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