Cách xác định độ pH

Sử dụng máy đo để xác định độ pH, xem máy đo pH tại: http://mvtek.vn/c/279/may-do-ph.html

Trị số pH của một chất lỏng là đơn vị đo lường cho tính axit, trung tính hay kiềm của chất lỏng đó. Mỗi lọai axit đều chứa ion H+ và mỗi lọai chất kiềm đều chứa ion OH-. Nồng độ các ion này xác định họat tính của axit hay kiềm của dung dịch.

Theo thuyết phân li của Arrhenius thì trong mỗi dung dịch có một phần các phân tử trung hòa phân li thành ion dương hay ion âm. Tỉ lệ số phân tử phân li và tòan thể phân tử được gọi là độ phân giải. Vì các ion chuyển tải điện tích, cho nên càng nhiều các phân tử được phân li, dung dịch dẫn điện càng tốt.
Nước tinh khiết dẫn điện rất kém, do có rất ít phân tử nước bị phân li. Khi phân li, nước có thể được viết dưới công thức:
H2O<=> H+ + OH-
Số lượng ion H+ và ion OH- bằng nhau, do đó nước trung tính.
Ở trạng thái cân bằng ta có: k=[H+].[OH-]/[H2O] (1)
[H2O]: Nồng độ của nước tính theo Mol/l.
[H+]: Nồng độ của ion H+ tính theo g-ion/l.
[OH-]: Nồng độ của ion OH- tính theo g-ion/l.
k: Hằng số phân li của nước.
Từ phương trình (1) ta có hằng số phân li của nước ở nhiệt độ 25 độ C với trị số 1,8.10E(-16) trong các dung dịch có nước, số phân tử của nước chưa phân li chiếm đa số. Hay nói cách khác vì nước có độ phân li rất thấp, cho nên ta có thể coi nồng độ chưa phân li của nước bằng nồng độ tòan phần của nước.
Một lít nước ở nhiệt độ 25 độ C nặng 997g. Như vậy trong một lít nước ở 25 độ C chứa 997/18 = 55,3 Mol nước. Trị số này thực tế không thay đổi, do đó ta có tích số :
[H+].[OH?] = k.[H2O]
[H+].[OH?] = 1,8.10E(-16).55,3
[H+].[OH?] = 1,0.10E(-14)

Tích số này là tích số ion của nước. Trị số của tích số này chỉ có giá trị ở 25 độ C, tuy nhiên nó cũng có giá trị cho tất cả tích số ion của các dung dịch khác. Điều đó có nghĩa rằng: Tích số của nồng độ H+ và nồng độ OH- cho tất cả các dung dịch có nước ở cùng một nhiệt độ là một hằng số. Trong nước tinh khiết có số lượng ion H+ bằng số ion OH-. Do đó:
[H+] = [OH-] = 10E(-7) g-ion/lit

Vậy trong 10 triệu lít nước tinh khiết ta có 1g ion H+ và 17g ion OH- !
Nếu ta cho axít vào nước, nồng độ ion H+ tăng lên. Đồng thời nồng độ ion OH- bắt buộc phải giảm đi.
Nếu ta cho một chất kiềm vào nước, nồng độ ion OH- tăng lên. Đồng thời nồng độ ion H+ bắt buộc phải giảm đi.

Trong cả hai trường hợp tích số [H+].[OH?] ở 250C luôn bằng 10E(-14) .
Nói tóm lại nếu cho kiềm hay axít vào nước thì tích số ion H+ và ion OH- không thay đổi và giữ một trị số cố định là 10E(-14). Khi biết nồng độ ion H+ trong một dung dịch có nước, ta có thể tính được nồng độ ion OH- dễ dàng. Do đó nồng độ ion H+ không chỉ cho biết tính chất axít của một dung dịch mà còn là thước đo tính chất kiềm của một dung dịch. [H+] còn có thể hiểu là họat tính của nồng độ hiện dụng của ion H+.

Năm 1909 Sørensen đề xuất khái niệm pH (potentia Hydrogenii)
Thay vì nồng độ ion H+ người ta thay vào đấy trị số pH.
pH là (-1) nhân với logarit thập phân của nồng độ ion H+ tính theo g-ion/lit.
pH = log 1/[H+] = -log [H+] (2)
Như vậy với [H+] = 10E(-7) g-ion/lít, nước tinh khiết có độ pH = 7.
Theo thời gian, người ta nhận thấy rằng định nghĩa của trị số pH do Sørensen đề xuất không thỏa mãn yêu cầu thực tế. Thay vào đấy là một định nghĩa khác:
pH = -log aH+ (3)
aH+ là họat tính của ion hydro.
Họat tính này chịu ảnh hưởng của 3 thông số fm, fH+ và mH+
pH = -log aH+ = -log (fm . fH+ . mH+)
fm là hiệu ứng môi trường:
Tính axít phụ thuộc một cách tương đối vào môi trường hòa tan và nhiệt độ. HCl khi được pha trong ethanol có tính axít mạnh gấp 200 lần so với khi pha trong nước. Đối với dung dịch có nước fm được coi như bằng 1 cho tất cả các nhiệt độ.
fH+ là hiệu ứng muối:
Tính axít cũng phụ thuộc vào độ bền ion tòan phần trong một dung dịch. Sự ảnh hưởng này do hiệu ứng muối. Ví dụ với 0,01 mol HCl và nước ngyuên chất ta có trị số pH = 2,00. Nhưng nếu ta pha thêm 0,09 mol KCl trị số pH gia tăng lên 2,10 !
mH+ là nồng độ ion hydro:
Đó là số mol ion H+ trong một kg chất hòa tan.

Họat tính thay vì nồng độ:

Ngày nay thang họat tính pH = -log aH+ được chấp nhận một cách phổ thông vì:
1. Chính họat tính của ion hydro xác định tính axít của một dung dịch chứ không phải nồng độ.
2. Họat tính của ion hydro có thể được đo bằng các điện cực nhạy cảm với ion hydro.
Sự liên hệ giữa các định nghĩa cũ có thể được tính gần đúng như sau:
pH = pHSørensen +0.04
Với (2) pH = -log [H+] là định nghĩa lý thuyết.

Thang đo pH trải dài từ 0 đến 14. Axit có trị số từ 0-7 và chất kiềm từ 7-14. Trị số pH có thể đạt đến –1 (axít đậm đặc) và +15 (kiềm đậm đặc).
Trị số pH chỉ là một con số không có đơn vị. Ví dụ: Một dung dịch có trị số pH = 5, không được viết là dung dịch có 5pH !