pH-метр – прибор для измерения активности ионов водорода или уровня pH. Его используют в быту, промышленности, деятельности коммунальных служб и государственных органов.
Что такое водородный показатель
pH – сокращение от potential of hydrogen, дословный перевод – «активность» или «потенциал водорода». Вещества с этим элементом в составе имеют кислотную реакцию, отличающуюся от нейтральной, разве за исключением только полученой дистиллированной воды. Со временем и она взаимодействует с углекислым газом, который закисляет её.
В бытовых условиях для определения реакции жидкости / раствора достаточно недорогого индикатора, например, фенолфталеина. Промышленность и лабораторный анализ требуют точного определения водородного показателя, для чего применяют цифровой pH-метр. Это модифицированный милливольтметр, определяющий разницу потенциалов исследуемой среды за счёт пары электродов: измерительного и опорного (электрода сравнения). Шкала устройства проградуирована в единицах pH, а не милливольтах, хотя ети величины пропорциональны.
При идеальных условиях в дистиллированной воде число отрицательных (OH-) и положительных (H+) ионов находится в динамическом равновесии. Вследствие диссоциации молекулы то распадаются, то вновь соединяются.
Как проводят измерение
Кислотный показатель вещества измеряют путём погружения электродов в ёмкость с ним. Один электрод выполнен из стойкого к воздействию кислой среды стекла. Вследствие приложения напряжения к исследуемой среды в ней возникает ЭДС – электроны от измеряемого электрода движутся к опорному, что сопровождается равным переносом протонов из измеряемого электрода в исследуемую среду.
При условии, что число положительных ионов H+ в стеклянном электроде статично, величина электрической движущей силы является функцией pH анализируемой среды.
Значение ЭДС измеряет милливольтметр, но отображает величину в pH, а не вольтах из-за очень малого значения во избежание множества нулей после запятой. Концентрация катионов и анионов дистиллированной воды равна 10-7 моль / л. Такая форма представления результата неудобна при выполнении математических расчётов, построении графиков и даже во время записи.
Для упрощения обработки информации pH-метры оснащают логарифмической шкалой с десятичным основанием, предполагающим действия со степенями. Для избавления от минуса перед записью добавляют ещё один. Шкала кислотности проградуирована от 0 – кислота до 14 – щёлочь. Благодаря ей вместо записи: –lg (0,0000007) или –lg (10-7) записывают pH = 7.
С точки зрения физических процессов. В дистиллированную воду с водородным показателем 7 добавим немного кислоты. Её pH сместится по шкале влево, цифра снизятся, например, до 6 –кислотность возрастёт. Нейтральная вода имеет pH 10-7, при снижении показателя число положительных ионов возрастает на порядок и равняется 10-6. При его уменьшении количество катионов – падает.
Лабораторный pH-метр для воды, почвы, молокопродуктов (сыра, молока) и иных веществ измеряет их кислотность и представляет информацию в удобочитаемом виде.