| история История измерения кислотности жидкостей электрически началась в 1906 году, когда Макс Кремер в своих исследованиях поверхностей раздела жидкостей [1] (взаимодействия между жидкостями и твердыми веществами) обнаружил, что границы раздела между жидкостями можно изучать, продувая тонкий стеклянный пузырь и помещая один из них. жидкость внутри и другая снаружи. Он создал электрический потенциал, который можно было измерить. |
Эта идея была продолжена Фрицем Хабером (который изобрел синтез аммиака и искусственных удобрений) и Зигмунта Клемсевича [2], которые обнаружили, что стеклянную колбу (которую он назвал стеклянным электродом ) можно использовать для измерения активности ионов водорода и что это следовало бы логарифмическая функция.
Датский биохимик Сорен Соренсен изобрел шкалу рН в 1909 году.
Поскольку сопротивление в стенке стекла очень высокое, обычно от 10 до 100 мегаом, напряжение стеклянного электрода не может быть точно измерено, пока не будут изобретены электронные трубки. Позже, изобретение полевых транзисторов (FET) и интегральных схем (IC) с температурной компенсацией, позволило точно измерить напряжение стеклянного электрода. Напряжение, создаваемое одной единицей pH (скажем, от pH = 7,00 до 8,00), обычно составляет около 60 мВ (милливольт). Современные pH-метры содержат микропроцессоры, которые вносят необходимые поправки для температуры и калибровки. Несмотря на это, современные рН-метры все еще страдают от дрейфа (медленные изменения), что делает необходимым их частую калибровку.
В химию стекла также были внесены улучшения, позволяющие остановить загрязнение ионами соли и галогена. Электрод сравнения, в котором традиционно использовался хлорид серебра (AgCl), был заменен каломельным электродом (хлорид ртути, HgCl2), который использует хлорид ртути (HgCl) в растворе хлорида калия (KCl) в качестве геля (например, желатина). Но электроды не имеют вечной жизни и должны быть заменены, когда они дрейфуют недопустимо или занимают необычно много времени.
[1] Cremer M (1906): Z. Biol, 47, 562.
[2] Хабер Ф. и З. Клеменсевич (1909): З. Физик. Chem., 67, 385
PH-метр измеряет по существу электрохимический потенциал между известной жидкостью внутри стеклянного электрода (мембраны) и неизвестной жидкостью снаружи. Поскольку тонкая стеклянная колба позволяет в основном взаимодействовать со стеклом в основном подвижным и малым ионам водорода, стеклянный электрод измеряет электрохимический потенциал ионов водорода или потенциал водорода . Для замыкания электрической цепи также необходим электрод сравнения. Обратите внимание, что прибор измеряет не ток, а только электрическое напряжение, однако необходима небольшая утечка ионов из электрода сравнения, образующая проводящий мост к стеклянному электроду. Таким образом, рН-метр не должен использоваться в движущихся жидкостях с низкой проводимостью (поэтому измерение внутри небольших контейнеров является предпочтительным).
 РН-метр измеряет электрический потенциал (следуйте рисунку по часовой стрелке от измерителя) между хлоридом ртути электрода сравнения и его жидкостью хлористого калия, неизвестной жидкостью, раствором внутри стеклянного электрода и потенциалом между этим раствором и серебряный электрод. Но только потенциал между неизвестной жидкостью и раствором внутри стеклянного электрода изменяется от образца к образцу. Таким образом, все другие потенциалы могут быть откалиброваны из уравнения. |
Каломельный электрод сравнения состоит из стеклянной трубки с электролитом хлорида калия (KCl), который находится в тесном контакте с элементом хлорида ртути на конце элемента KCL. Это хрупкая конструкция, соединенная жидким наконечником из пористой керамики или подобного материала. Этот вид электрода нелегко «отравить» тяжелыми металлами и натрием.
Стеклянный электрод состоит из прочной стеклянной трубки с приваренной к ней тонкой стеклянной колбой. Внутри находится известный раствор хлорида калия (KCl), забуференный при pH 7,0. Серебряный электрод с наконечником из хлорида серебра контактирует с внутренним раствором. Чтобы минимизировать электронные помехи, зонд экранирован фольгой, часто находящейся внутри стеклянного электрода.
Большинство современных измерителей pH также имеют терморезисторный температурный датчик, который позволяет автоматически корректировать температуру, поскольку pH несколько меняется в зависимости от температуры.
| Вода - это самое важное и чудесное вещество на Земле. Его молекулы HOH образуют форму бумеранга с O-концом, слегка отрицательным, а конец H2 +, слегка положительно заряженным. Эти заряженные бумеранги притягиваются друг к другу, образуя островки сплоченности, так что вода образует жидкость при температурах, при которых жизнь процветает, тогда как на самом деле это должен был быть очень летучий газ, такой как сероводород (H2S), который имеет почти вдвое большую молекулярную массу. На поверхности Земли вода встречается в твердой форме (лед), жидкой (вода) и газообразной форме (пар или водяной пар). В холодных районах все три фазы сосуществуют. Вода также уникальна тем, что является одновременно кислотой (с ионами Н +) и щелочью (с ионами ОН). Таким образом, он является одновременно кислотным и основным (щелочным), что делает его строго нейтральным, поскольку число ионов H + равно числу ионов OH-. Из-за его сильной когезии только несколько молекул воды диссоциируют (расщепляются) на составляющие их ионы: ионы водорода (H +) и гидроксильные ионы (OH-). Химики будут настаивать на том, что ионы H + - это действительно ионы H3O + или ионы гидрония. Зная, что один моляр воды весит 18 грамм (1 + 1 + 16), что равняется 18 мл, и что это количество содержит очень большое количество молекул [1], только один миллионный (10 -7 ) моль диссоциирует в один литр воды (рН = 7). [2] Разница потенциалов между внутренней частью стеклянного электрода и внешней стороной вызвана оксидами кремния в боковой части стекла: Как только ионное равновесие установлено, разность потенциалов между стеклянной стенкой и раствором определяется уравнением: Несмотря на значительные улучшения современных стеклянных электродов pH, им все еще не нравятся некоторые вещества с низким содержанием ионов H +, такие как щелочные гидроксиды (NaOH и KOH), чистая дистиллированная вода, травильные вещества, такие как фторид, адсорбирующие вещества, такие как тяжелые металлы и белки. Большинство современных измерителей pH имеют встроенные датчики температуры, которые автоматически корректируют отклонение температуры, чтобы получить значения, как если бы они были получены при стандартной температуре 25ºC. На показания не влияет температура при pH = 7,00, но она не превышает 0,003 ° C. Таким образом, pH, взятый при 5ºC (20º от 25ºC), показывающий 4,00, должен быть скорректирован в сторону понижения на 0,003 x 20 x 3,00 = 0,18. Аналогично значение pH 10,00 должно быть скорректировано в сторону увеличения на эту сумму. |
Уход за рН-метром зависит от типа используемого электрода. Изучите рекомендации производителя. При частом использовании лучше сохранять электрод влажным, поскольку увлажнение сухого электрода занимает много времени, сопровождаемое дрейфом сигнала. Однако современные pH-метры не против того, чтобы их электроды высыхали, если их тщательно промыть в водопроводной воде или хлориде калия. Когда в экспедиции измеряют морскую воду, рН-метр можно оставить влажным с морской водой. Однако в течение длительных периодов рекомендуется увлажнять его раствором хлорида калия при pH = 4 или в кислотном калибровочном буфере pH = 4,01. рН-метры не любят оставаться в дистиллированной воде.
Обратите внимание, что рН-зонд, сохраняющий влажность в кислотном растворе, может влиять на результаты, если его не промыть перед тем, как вставить его в пробирку. Помните, что жидкость с pH = 4 имеет на 10000 больше ионов водорода, чем жидкость с pH = 8. Таким образом, одна капля pH = 4 во флаконе с 400 каплями pH = 8 действительно нарушает измерения! Помните также, что калибровочные растворы состоят из химических буферов, которые «пытаются» поддерживать постоянный уровень pH, поэтому загрязнение вашего тестового флакона буфером действительно серьезно.
[1] Константа Авогадро - 602 213 670 000 000 000 000 000 (602 214 млрд триллионов) или 6.02E23, названная в честь Амедео Авогадро. Один моль химического вещества содержит это количество молекул. Амедео Авогадро (1776-1856) был итальянским физиком. В 1811 году он предложил свою знаменитую гипотезу, теперь известную как закон Авогадро. В законе говорилось, что одинаковые объемы всех газов при одинаковой температуре и давлении содержат одинаковое количество молекул. Авогадро также различал атом и молекулу и позволил определить правильную таблицу атомных весов.
[2] На веб-сайте Seafriends мы часто используем экспоненциальную запись E, так что 2,34E-4 означает 2,34 x 10 -4 .
| 0 | 5% серная кислота, H2SO4, аккумуляторная кислота. |
| 1 | 0,1 н. HCl, соляная кислота (1,1) |
| 2 | Лимонный сок. Уксус (2.4-3.4) |
| 3 | вино (3,5-3,7) |
| 4 | Апельсиновый сок. Яблочный сок (3.8). Пиво. Помидоры. |
| 5 | Творог. Черный кофе. Дождевая вода 5.6. |
| 6 | Молоко. Рыба (6,7-7). курица (6.4-6.6). |
| 7 | Нейтральный: равное количество ионов водорода и гидроксила. Кровь (7,3-7,4). Вода дистиллированная без CO2, после кипячения. |
| 8 | Морская вода (8.1). Яичный белок. |
| 9 | Бура. пищевая сода. |
| 10 | Молоко магнезиальное, гидроксид магния Mg (OH) 2. |
| 11 | Бытовой аммиак |
| 12 | Разработчик фотографий, бытовой отбеливатель |
| 13 | Очиститель духовки |
| 14 | Натрий щелочной NaOH, 1 моль / л. |
