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Medições corretas e precisas de pH dependem de instrumentos e eletrodos confiáveis. A seleção de equipamento, o manuseio e a manutenção corretos são essenciais para a obtenção de resultados ideais e para o prolongamento da vida útil dos instrumentos. |
Guia de medição de pH - A teoria das aplicações de pH de laboratório
Este guia teórico de pH concentra o foco em apresentar uma descrição clara e prática de como medir o pH no laboratório e no ambiente de campo. São apresentadas várias dicas e sugestões para os pontos importantes e, depois, a descrição completa da medição é fundamentada pela descrição teórica das medições de acidez e alcalinidade. O artigo também dá atenção aos diferentes tipos de eletrodos de pH disponíveis e aos critérios de seleção para a escolha do eletrodo certo
para uma amostra específica.
Índice:
- Introdução ao pH.
- Seleção e manuseio de eletrodo
- Guia de solução de problemas para medições de pH
- Teoria abrangente sobre pH
Visão preliminar do Guia teórico de pH:
1. Introdução ao pH
Porque classificamos um líquido de uso diário, como o vinagre, como sendo ácido? O motivo para isso é que o vinagre contém excesso de íons hidrônio (H3O+) e esse excesso de íons hidrônio em uma solução torna-a ácida. Por outro lado, o excesso de íons hidroxila (OH–) deixa algo básico ou alcalino. Na água pura, os íons hidrônio são neutralizados por íons hidroxila e essa solução é o que chamamos de valor de pH neutro.
H3O+ + OH– ↔ 2 H2O
Figura 1.
A reação de um ácido e uma base forma água. Se as moléculas de uma substância liberam íons ou prótons de hidrogênio através da dissociação, chamamos essa substância de ácido e a solução torna-se ácida. Alguns dos ácidos mais conhecidos são o ácido clorídrico, ácido sulfúrico e ácido acético ou vinagre. A dissociação do vinagre é mostrada abaixo:
CH3COOH + H2O ↔ CH3COO– + H3O+
Figura 2. Dissociação de ácido acético.
Nem todo ácido é igualmente forte. O nível exato da acidez de algo é determinado pelo número total de íons hidrogênio na solução. O valor do pH então é definido como o logaritmo negativo da concentração de íons hidrogênio. (Para ser exato, ele é determinado pela atividade dos íons hidrogênio. Consulte o capítulo 4.2 para mais informações sobre a atividade dos íons hidrogênio).
pH = –log [H3O+]
Figura 3. A fórmula para calcular o valor do pH a partir da concentração de íons hidrônio.
A diferença quantitativa entre substâncias ácidas e alcalinas pode ser determinada realizando as medições de valores de pH. A Figura 4 apresenta alguns exemplos de valores de pH de substâncias e produtos químicos do dia a dia:
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1.1. Ácido ou alcalino
1.2. Porque os valores de pH são medidos?
1.3. As ferramentas para medições de pH
a) O eletrodo de pH
b) Eletrodos de referência
c) Eletrodos de combinação
1.4. Guia prático para correção de medições de pH
a) Preparação de amostras
b) Calibração
c) Eletrodo de pH
d) Precisão esperada da medição
1.5 Guia passo a passo para medições de pH
2. Seleção e manuseio de eletrodo
Para obter medições de pH ideais, primeiramente é preciso selecionar o eletrodo correto.
O critérios de amostra mais importantes a ser considerados são: composição química, homogeneidade, temperatura, faixa de pH e tamanho do recipiente (restrições de comprimento e largura). A escolha torna-se particularmente importante para amostras não aquosas, de baixa condutividade, ricas em proteína ou viscosas, em que os eletrodos de vidro de uso geral estão sujeitos a várias fontes de erro.
O tempo de resposta e a precisão de um eletrodo dependem de uma série de fatores. As medições de temperaturas e valores extremos de pH, ou a baixa condutividade podem levar mais tempo que as medições de soluções aquosas à temperatura ambiente com um pH neutro.
O significado dos diferentes tipos de amostras é explicado a seguir, tomando as diferentes características dos eletrodos como um ponto de partida. Novamente, os principais eletrodos de pH combinados são discutidos neste capítulo.
a) Junções de cerâmica
A abertura que a parte de referência de um eletrodo de pH contém para manter
o contato com a amostra pode ter diversas formas diferentes. Essas
formas têm evoluído ao longo do tempo devido às diferentes demandas impostas
aos eletrodos ao medir diversas amostras. A junção "padrão"
é a mais simples e é conhecida como uma junção de cerâmica. Ela consiste
em uma peça porosa de cerâmica, que é empurrada pelo corpo de vidro do
eletrodo. Esse material cerâmico poroso permite, então, que o eletrólito
flua lentamente para fora do eletrodo, porém impede que ele jorre livremente para fora.
Esse tipo de junção é muito adequado para medições-padrão em soluções
aquosas; o InLab®Routine Pro da METTLER TOLEDO é um exemplo
de tal eletrodo. A Figura 14 mostra um desenho esquemático do princípio dessa junção
.
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2.1. Diferentes tipos de junções
a) Junções cerâmicas
b) Junções com luva / junções de vidro
c) Junções abertas
2.2. Sistemas de referência e eletrólitos
2.3. Tipos de vidro de membrana e formas de membrana
2.4. Eletrodos de pH para aplicações específicas
Amostras simples
Amostras sujas
Emulsões
Amostras semissólidas ou sólidas
Amostras planas e amostras muito pequenas
Amostras pequenas e recipientes de amostras difíceis
InLab®Power (Pro)
2.5. Manutenção de eletrodos
2.6. Armazenagem de eletrodos
Armazenagem de curto prazo
Armazenagem de longo prazo
Sensores de temperatura
2.7. Limpeza de eletrodos
Bloqueio com sulfeto de prata (Ag2S)
Bloqueio com cloreto de prata (AgCl)
Bloqueio com proteínas
Outros bloqueios de junção
2.8. Regeneração e vida útil do eletrodo
2.9. Informações adicionais
3. Guia de solução de problemas para medições de pH
Problemas que surgem durante as medições de pH podem ter diferentes fontes; do medidor, cabo e eletrodo, até soluções de buffer, temperatura de medições e amostra (aplicação). Deve ser dada atenção especial aos sintomas do problema, pois eles serão úteis para localizar a origem da falha. A tabela a seguir fornece uma visão geral dos sintomas e das causas:
Leituras muito altas/muito baixas, ou leituras fora da escala “---”
- Verifique o medidor, cabo, eletrodo, procedimento de calibração e temperatura da amostra
O valor não muda
- Verifique o medidor, cabo e eletrodo
Tempo de resposta lento
- Verifique o eletrodo e a amostra/aplicação
Alto desvio após a calibração
- Verifique o eletrodo, as soluções de buffer e o procedimento de calibração
Baixa inclinação após calibração
- Verifique o eletrodo, as soluções de buffer e o procedimento de calibração
Erro de calibração
- Verifique o medidor, cabo, eletrodo, soluções de buffer e procedimento de calibração
Oscilação dos valores de medição
- Verifique o eletrodo e a amostra/aplicação
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3.1. Verificação do medidor e cabo
3.2. Verificação da temperatura da amostra e aplicação
3.3. Verificação de tampões e procedimento de calibração
Algumas dicas para uso do tampão
3.4. Verificação do eletrodo
4. Teoria abrangente sobre pH
Nas seções anteriores foram discutidos os aspectos práticos de medições de pH. Este capítulo abordará principalmente a base teórica para medições de pH e destina-se a leitores que pretendam compreender
mais profundamente a teoria de pH.
Primeiramente, a teoria básica de pH é desenvolvida; em seguida, veremos a teoria do sensor e, no final, serão tratados alguns tópicos especiais.
4.1. Definição do valor do pH
De acordo com Sørenson, o pH é definido como o logaritmo negativo da concentração de íon H3O+:
pH = –log [H3O+]
A partir da equação é possível ver que se a concentração de íon H3O+ mudar em uma década, o valor de pH mudará por uma unidade. Isso ilustra bem como é importante poder medir mesmo pequenas mudanças no valor do pH de uma amostra.
Em geral, a teoria sobre o pH é descrita com íons H+ em conjunto com os valores de pH, embora o íon correto a ser referido é o íon hidrônio (ou, como é oficialmente conhecido de acordo com IUPAC: íon oxônio) (H3O+):
H+ + H2O ↔ H3O+
Não apenas os ácidos e bases mostram um comportamento de dissociação para formar íons hidrônio ou íons hidróxido, mas água pura também se dissocia para formar íons hidrônio e hidróxido:
2 H2O ↔ H3O+ + OH–
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4.1. Definição do valor de pH
4.2. Correlação de concentração e atividade
4.3. Soluções de buffer
Capacidade do tampão (ß)
Valor da diluição (ΔpH)
Efeito da temperatura (ΔpH/ΔT)
4.4. A cadeia de medição na configuração da medição de pH
Eletrodo de pH
Eletrodo de referência
4.5. Calibração/ajuste da configuração de medição de pH
4.6. A influência da temperatura sobre as medições de pH
Dependência da temperatura do eletrodo
Interseção isotérmica
Outros fenômenos de temperatura
Dependência da temperatura da amostra medida
4.7. Fenômeno no caso de soluções de medições especiais
Erro alcalino
Erro ácido
Reações com o eletrodo de referência
Meio orgânico
