| Geschiedenis De geschiedenis van het elektrisch meten van de zuurgraad van vloeistoffen begon in 1906 toen Max Cremer in zijn onderzoek naar vloeistofinterfaces [1] (interacties tussen vloeistoffen en vaste stoffen) ontdekte dat het interface tussen vloeistoffen kon worden bestudeerd door een dunne glasbel te blazen en er een te plaatsen vloeistof erin en een andere buitenkant. Het creëerde een elektrisch potentieel dat kon worden gemeten. |
Dit idee werd verder uitgewerkt door Fritz Haber (die de synthese van ammoniak en kunstmest uitvond) en Zygmunt Klemsiewicz [2] die ontdekten dat de glazen bol (die hij glaselektrode noemde ) kon worden gebruikt om de waterstofionenactiviteit te meten en dat dit volgde een logaritmische functie.
De Deense biochemicus Soren Sorensen vond vervolgens in 1909 de pH-schaal uit.
Omdat de weerstand in de wand van het glas erg hoog is, typisch tussen 10 en 100 Mega-Ohm, kon de spanning van de glaselektrode niet nauwkeurig worden gemeten totdat elektronenbuizen waren uitgevonden. Nog later maakte de uitvinding van veldeffecttransistors (FET's) en geïntegreerde schakelingen (IC's) met temperatuurcompensatie het mogelijk om de spanning van de glaselektrode nauwkeurig te meten. De spanning geproduceerd door één pH-eenheid (zeg maar van pH = 7,00 tot 8,00) is typisch ongeveer 60 mV (milli Volt). Huidige pH-meters bevatten microprocessors die de nodige correcties aanbrengen voor temperatuur en kalibratie. Toch hebben moderne pH-meters nog steeds last van drift (langzame veranderingen), waardoor ze regelmatig moeten worden gekalibreerd.
Ook zijn er verbeteringen aangebracht in de chemie van het glas zodat vervuiling door zout en halogeenionen gestopt kan worden. De referentie-elektrode, die traditioneel zilverchloride (AgCl) gebruikte, is vervangen door de kalomel (kwikchloride, HgCl2) -elektrode die kwikchloride (HgCl) gebruikt in een kaliumchloride (KCl) -oplossing als gel (zoals gelatine). Maar elektroden hebben geen eeuwig leven en moeten worden vervangen wanneer ze onaanvaardbaar afdrijven of het ongebruikelijk lang duurt voordat ze tot rust zijn gekomen.
[1] Cremer M (1906): Z. Biol, 47, 562
[2] Haber F en Z Klemensiewicz (1909): Z. Physik. Chem., 67, 385
Een pH-meter meet in wezen de elektrochemische potentiaal tussen een bekende vloeistof in de glaselektrode (membraan) en een onbekende vloeistof daarbuiten. Omdat de dunne glazen bol voornamelijk de behendige en kleine waterstofionen in staat stelt om met het glas in wisselwerking te staan, meet de glaselektrode het elektrochemische potentieel van waterstofionen of het potentieel van waterstof . Om het elektrische circuit te voltooien, is ook een referentie-elektrode nodig. Merk op dat het instrument geen stroom meet, maar alleen een elektrische spanning, maar dat er toch een kleine lekkage van ionen van de referentie-elektrode nodig is, waardoor een geleidende brug naar de glaselektrode wordt gevormd. Een pH-meter mag daarom niet worden gebruikt in bewegende vloeistoffen met een lage geleidbaarheid (meten in kleine containers verdient daarom de voorkeur).
 De pH-meter meet de elektrische potentiaal (volg de tekening met de klok mee vanaf de meter) tussen het kwikchloride van de referentie-elektrode en de kaliumchloridevloeistof, de onbekende vloeistof, de oplossing in de glaselektrode en de potentiaal tussen die oplossing en de zilveren elektrode. Maar alleen de potentiaal tussen de onbekende vloeistof en de oplossing in de glaselektrode verandert van monster tot monster. Alle andere mogelijkheden kunnen dus buiten de vergelijking worden gekalibreerd. |
De calomel-referentie-elektrode bestaat uit een glazen buis met een kaliumchloride (KCl) -elektrolyt die aan het uiteinde van een KCL-element in nauw contact staat met een kwikchloride-element. Het is een kwetsbare constructie, verbonden door een vloeistofverbindingspunt gemaakt van poreus keramiek of vergelijkbaar materiaal. Dit type elektrode wordt niet gemakkelijk 'vergiftigd' door zware metalen en natrium.
De glaselektrode bestaat uit een stevige glazen buis waaraan een dunne glazen bol is vastgelast. Binnenin zit een bekende oplossing van kaliumchloride (KCl) gebufferd bij een pH van 7,0. Een zilveren elektrode met een zilverchloridepunt maakt contact met de binnenoplossing. Om elektronische interferentie te minimaliseren, wordt de sonde afgeschermd door een folieschild, dat vaak in de glaselektrode zit.
De meeste moderne pH-meters hebben ook een thermistor-temperatuursonde die automatische temperatuurcorrectie mogelijk maakt, aangezien de pH enigszins varieert met de temperatuur.
| Water is DE belangrijkste en wonderbaarlijkste stof op aarde. De moleculen HOH vormen een boemerangvorm met het O-uiteinde enigszins negatief en het H2 + -einde licht positief geladen. Deze geladen boemerangs worden door elkaar aangetrokken en vormen cohesie-eilanden, zodat water een vloeistof vormt bij temperaturen waar het leven goed gedijt, terwijl het eigenlijk een zeer vluchtig gas zoals waterstofsulfide (H2S) zou moeten zijn dat bijna het dubbele molecuulgewicht heeft. Aan de oppervlakte van de aarde komt water voor in vaste vorm (ijs), vloeistof (water) en gasvorm (stoom of waterdamp). In koude gebieden bestaan alle drie fasen naast elkaar. Water is ook uniek omdat het zowel een zuur (met H + -ionen) als een loog (met OH-ionen) is. Het is dus tegelijkertijd zowel zuur als basisch (alkalisch), waardoor het strikt neutraal is omdat het aantal H + -ionen gelijk is aan dat van de OH-ionen. Vanwege de sterke cohesie dissociëren slechts enkele watermoleculen in hun samenstellende ionen (splitsen): waterstofionen (H +) en hydroxylionen (OH-). Chemici zouden erop staan dat H + -ionen eigenlijk H3O + -ionen of hydroniumionen zijn. Wetende dat één mol water 18 gram (1 + 1 + 16) weegt, wat gelijk is aan 18 ml, en dat deze hoeveelheid een zeer groot aantal moleculen bevat [1], wordt slechts 0,1 miljoenste ( 10-7 ) mol gedissocieerd in één liter water (pH = 7). [2] Het potentiaalverschil tussen de binnenkant van de glaselektrode en de buitenkant wordt veroorzaakt door de oxiden van silicium aan de zijkant van het glas: Zodra het ionische evenwicht is vastgesteld, wordt het potentiaalverschil tussen de glazen wand en de oplossing gegeven door de vergelijking: Hoewel moderne pH-glaselektroden grote verbeteringen hebben ondergaan, houden ze nog steeds niet van sommige stoffen met een laag H + -ionen, zoals alkalihydroxiden (NaOH en KOH), puur gedestilleerd water, etsstoffen zoals fluoride, adsorberende stoffen zoals zware metalen en eiwitten. De meeste moderne pH-meters hebben ingebouwde temperatuursensoren om de temperatuurafwijking automatisch te corrigeren om waarden te geven alsof deze zijn genomen bij een standaardtemperatuur van 25 ° C. De uitlezing wordt niet beïnvloed door temperatuur bij pH = 7,00 maar daarbuiten met 0,003 per ºC. Dus een pH gemeten bij 5 ° C (20 ° verwijderd van 25 ° C), met een waarde van 4,00, moet naar beneden worden gecorrigeerd met 0,003 x 20 x 3,00 = 0,18. Evenzo moet een pH-waarde van 10,00 met dit bedrag naar boven worden gecorrigeerd. |
De zorg voor een pH-meter hangt af van het type elektrode dat wordt gebruikt. Bestudeer de aanbevelingen van de fabrikant. Bij veelvuldig gebruik is het beter om de elektrode vochtig te houden, omdat het bevochtigen van een droge elektrode lang duurt, vergezeld van signaalafwijking. Moderne pH-meters vinden het echter niet erg dat hun elektroden uitdrogen, mits ze grondig zijn uitgespoeld in leidingwater of kaliumchloride. Tijdens expeditie, bij het meten van zeewater, kan de pH-meter vochtig worden gehouden met zeewater. Het wordt echter aanbevolen om het gedurende langere tijd te bevochtigen met een oplossing van kaliumchloride bij pH = 4 of in pH = 4,01 zure kalibratiebuffer. pH-meters worden niet graag in gedestilleerd water gelaten.
Merk op dat een pH-sonde die vochtig wordt gehouden in een zure oplossing, de resultaten kan beïnvloeden wanneer deze niet wordt gespoeld voordat deze in de testflacon wordt gestoken. Onthoud dat een vloeistof met pH = 4 10.000 meer waterstofionen heeft dan een vloeistof met pH = 8. Dus een enkele druppel pH = 4 in een flesje van 400 druppels pH = 8 verstoort de metingen echt! Onthoud ook dat de kalibratieoplossingen bestaan uit chemische buffers die 'proberen' de pH-waarden constant te houden, dus vervuiling van uw testflesje met een buffer is echt ernstig.
[1] De constante van Avogadro is 602.213.670.000.000.000.000.000 (602.214 miljard triljoen) of 6.02E23, genoemd ter ere van Amedeo Avogadro. Een mol van een chemische stof bevat dit aantal moleculen. Amedeo Avogadro (1776-1856) was een Italiaanse natuurkundige. Hij stelde in 1811 zijn beroemde hypothese voor, nu bekend als de wet van Avogadro. De wet stelde dat gelijke volumes van alle gassen bij dezelfde temperatuur en druk hetzelfde aantal moleculen bevatten. Avogadro maakte ook onderscheid tussen een atoom en een molecuul en maakte het mogelijk om een juiste tabel met atoomgewichten te bepalen.
[2] Op de website van Seafriends gebruiken we vaak de exponentiële notatie E, zodat 2.34E-4 2.34 x 10 -4 betekent .
| 0 | 5% zwavelzuur, H2SO4, accuzuur. |
| 1 | 0,1 N HCl, zoutzuur (1,1) |
| 2 | Citroensap. Azijn (2.4-3.4) |
| 3 | wijn (3.5-3.7) |
| 4 | Sinaasappelsap. Appelsap (3.8). Bier. Tomaten. |
| 5 | Kwark. Zwarte koffie. Regenwater 5.6. |
| 6 | Melk. Vis (6.7-7). kip (6,4-6,6). |
| 7 | Neutraal: gelijke aantallen waterstof- en hydroxylionen. Bloed (7,3-7,4). Gedestilleerd water zonder CO2, na koken. |
| 8 | Zeewater (8.1). Eiwit. |
| 9 | Borax. bakpoeder. |
| 10 | Magnesiummelk, Magnesiumhydroxide Mg (OH) 2. |
| 11 | Huishoudelijke ammoniak |
| 12 | Fotografisch ontwikkelaar, huishoudbleekmiddel |
| 13 | Ovenreiniger |
| 14 | Natriumloog NaOH, 1 mol / liter. |
