Chúng ta cần biết pH là chỉ số xác định tính chất hóa học của dung dịch, với nước là chỉ số đo độ hoạt động của các ion Hydro [H+] trong nước. Thang đo độ pH được chia từ 0 – 14, nước trung tính có chỉ số pH=7, nước có độ pH < 7 được gọi là nước có tính axit, pH > 7 là nước có tính kiềm. Nồng độ pH trong môi trường sống cao hay thấp đều có tác động theo hướng tốt hay xấu đến sức khỏe của con người, cũng như trong sản xuất.
Đo nồng độ pH được xác định phổ biến trong đất, nước, mẫu thí nghiệm v.vv, bởi vì pH có tác động trực tiếp đến sự sinh trưởng và phát triển của sinh vật, ảnh hưởng đến sức khỏe con người cũng như là công việc thường xuyên tại các phòng y tế, thí nghiệm hiện nay.
Để đo nồng độ pH một cách chính xác, thì chúng ta có thể áp dụng 8 phương pháp sau:
1. Sử dụng chất chỉ thị màu
Phương pháp chỉ thị màu này về cơ bản bao gồm hai phương pháp: một là so sánh màu chuẩn tương ứng với một giá trị pH đã biết với màu của chất chỉ thị nhúng trong dung dịch cần đo sử dụng dung dịch đệm. Phương pháp khác là chuẩn bị giấy kiểm tra pH được ngâm trong chất chỉ thị, sau đó nhúng giấy này vào dung dịch cần kiểm tra và so sánh màu của nó với màu chuẩn. Phương pháp này đơn giản, nhưng dễ mắc phải sai số và nói chung cho kết quả với độ chính xác không cao. Chúng ta có thể gặp một vài loại sai số như:
- Sai số do nồng độ cao của muối trong dung dịch
- Sai số do nhiệt độ của dung dịch
- Sai số do sự có mặt của các chất hữu cơ trong dung dịch
2. Sử dụng giấy qùy
Giấy quỳ tím là dụng cụ để thử, nhận biết tính acid, kiềm [base hoặc bazơ] của dung dịch nào đó. Khi dung dịch có tính acid, giấy quỳ tím sẽ hóa đỏ, còn khi gặp dung dịch có tính base, giấy quỳ tím sẽ hóa xanh. Khi ta nhúng giấy vào nước thì giấy qùy sẽ chuyển màu sau đó ta so sánh với bảng màu, mỗi một màu sẽ có độ pH khác nhau. Sử dụng giấy quỳ chỉ cho ta biết độ pH một cách tương đối, độ chính xác thấp. Tuy nhiên cách làm này lại rất đơn giản, dễ sử dụng, cho kết quả nhanh.
3. Sử dụng điện cực hydro
Tuy nhiên, phương pháp này không thích hợp cho sử dụng hàng ngày bởi sự phức tạp và chi phí cao, với sự bất tiện khi thao tác với khí hydro và sự ảnh hưởng lớn bởi các chất có tính ô xy hóa hay tính khử cao có mặt trong dung dịch kiểm tra.
4. Sử dụng điện cực quihydron
Khi cho quinhydron vào dung dịch, nó được phân tích ra thành hydroquinon [C6H4[OH]2] và quinon [C6H4O2] với tỷ lệ 1:1. Bởi độ hòa tan của quinon thay đổi theo pH của dung dịch, do đó có thể đo pH bằng cách xác định điện thế giữa điện cực Pt và điện cực so sánh.
Mặc dù phương pháp này đơn giản, nhưng ngày nay nó ít được sử dụng, bởi nó không áp dụng được khi dung dịch có độ pH cao hơn 8 hoặc 9, hay khi trong dung dịch có các chất có tính o xy hóa hay tính khử.
Lưu ý: dung dịch quinhydron với một độ pH nào đó thường được sử dụng để kiểm tra xem một dụng cụ đo thế oxy hóa khử [ORP] có hoạt động bình thường hay không.
5. Sử dụng điện cực antimon
Phương pháp điện cực antimon này là nhúng đầu của một thanh antimon được đánh bóng và một điện cực so sánh vào trong dung dịch kiểm travà đo pH từ sự chênh lệch điện thế giữa chúng. Phương pháp này đã từng được sử dụng rộng rãi bởi bộ dụng cụ rất chắc chắn và dễ thao tác. Tuy nhiên, ứng dụng của nó ngày nay khá giới hạn bởi kết quả phụ thuộc nhiều vào độ bóng của điện cực, và khả năng lặp lại kết quả là thấp.
6. Sử dụng điện cực thủy tinh
Phương pháp điện cực thủy tinh sử dụng hai điện cực, một điện cực thủy tinh và một điện cực so sánh, để xác định độ pH của dung dịch bằng cách đo điện thế giữa chúng. Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để đo pH, bởi thế điện cực rất nhanh đạt đến trạng thái cân bằng và thể hiện khả năng lặp lại cao. Ngoài ra sự có mặt của các chất ôxy hóa và chất khử cũng rất ít ảnh hưởng đến kết quả đo. Vì thế phương pháp điện cực thủy tinh được sử dụng rộng rãi, không chỉ trong công nghiệp mà còn trong nhiều lĩnh vực khác.
7. Sử dụng cảm biến bán dẫn
Cảm biến bán dẫn pH được phát triển từ những năm 1970, thay thế điện cực thủy tinh bằng một chip bán dẫn. Chiếc cảm biến này, được biết đến như là một transistor chọn lọc ion nhờ hiệu ứng trường [ISFET], không chỉ có độ bền va đập cao mà còn dễ dàng thu nhỏ lại. Thu nhỏ cho phép sử dụng một lượng mẫu bé hơn và cho phép thực hiện phép đo trong các không gian rất nhỏ và trên một bề mặt rắn. Cảm biến này hứa hẹn nhiều ứng dụng hữu ích trong các phép đo trong ngành sinh học và dược phẩm.
8. Sử dụng máy đo độ pH
Máy đo độ pH hay bút đo pH là thiết bị đo nồng độ pH hiệu quả nhất hiện nay, giúp người dùng xác định độ pH của môi trường nước một cách thuận tiện nhất, với độ chính xác cao, thời gian nhanh chóng. Dạng cầm tay nhỏ, gọn giúp người dùng dễ dàng cầm đi đo trực tiếp tại hiện trường. Máy có thang đo rộng, đo được các dạng mẫu khó, không thải bỏ các chất độc hại, việc kiểm định máy dễ dàng bằng cách dùng dung dịch chuẩn để hiệu chuẩn.
Hiện nay có 3 loại thiết bị đo pH được nhiều người sử dụng:
- Máy đo pH để bàn: Chuyên dùng trong phòng thí nghiệm, tự động bù nhiệt và tự động hiệu chuẩn và đo được nhiều thông số hơn.
- Máy đo pH cầm tay: Với các loại máy này, người ta có thể thao tác một cách nhanh gọn do máy được thiết kế nhỏ gọn, linh hoạt trong mọi thao tác đo.
- Bút đo độ pH: Có kích thước nhỏ gọn, sử dụng năng lượng pin sạc hoặc pin than đều được, bên cạnh đó là khả năng nổi lên trên mặt nước, giúp người dùng yên tâm hơn khi sử dụng.
Với 8 phương pháp đo nồng độ pH trên, E-TechMart hy vọng sẽ giúp bạn có được những phương án thích hợp trong việc xử lý nguồn nước gia đình hay trong sản xuất, nghiên cứu.
Chuẩn độ là một kỹ thuật hóa học phân tích được sử dụng để tìm nồng độ chưa biết của chất phân tích [chất chuẩn độ] bằng cách phản ứng nó với một thể tích và nồng độ đã biết của dung dịch chuẩn [được gọi là chất chuẩn độ ]. Chuẩn độ thường được sử dụng cho phản ứng axit-bazơ và phản ứng oxy hóa khử.
Dưới đây là một bài toán ví dụ xác định nồng độ của chất phân tích trong phản ứng axit-bazơ:
Chuẩn độ 25 ml dung dịch NaOH 0,5M cho đến khi trung hòa thành 50 ml mẫu HCl. Nồng độ của HCl là bao nhiêu?
Bước 1: Xác định [OH - ]
Cứ một mol NaOH sẽ có một mol OH - . Do đó [OH - ] = 0,5 M.
Bước 2: Xác định số mol OH -
Molarity = số mol / thể tích
Số mol = Số mol x Khối lượng
Số mol OH - = [0,5 M] [0,025 L]
Số mol OH - = 0,0125 mol
Bước 3: Xác định số mol H +
Khi bazơ trung hòa axit thì số mol H + = số mol OH - . Do đó, số mol H + = 0,0125 mol.
Bước 4: Xác định nồng độ HCl
Cứ một mol HCl sẽ tạo ra một mol H + ; do đó, số mol HCl = số mol H + .
Molarity = số mol / thể tích
Số mol HCl = [0,0125 mol] / [0,05 L]
Số mol HCl = 0,25 M
Câu trả lời
Nồng độ của HCl là 0,25 M.
Các bước trên có thể được rút gọn thành một phương trình:
M axit V axit = M bazơ V bazơ
Ở đâu
Axit M = nồng độ của axit
V axit = thể tích của axit
M bazơ = nồng độ của bazơ
V gốc = thể tích của bazơ
Phương trình này áp dụng cho phản ứng axit / bazơ trong đó tỷ lệ số mol giữa axit và bazơ là 1: 1. Nếu tỷ lệ khác nhau, như trong Ca [OH] 2 và HCl, tỷ lệ sẽ là 1 mol axit và 2 mol bazơ . Phương trình bây giờ sẽ là:
Axit M V axit = 2M bazơ V bazơ
Đối với bài toán ví dụ, tỷ lệ là 1: 1:
M axit V axit = M bazơ V bazơ
Axit M [50 ml] = [0,5 M] [25 ml] Axit
M = 12,5 MmL / 50 ml M axit = 0,25 M
Các phương pháp khác nhau được sử dụng để xác định điểm tương đương của phép chuẩn độ. Bất kể phương pháp nào được sử dụng, một số sai số được đưa ra, vì vậy giá trị nồng độ gần với giá trị thực, nhưng không chính xác. Ví dụ: nếu sử dụng chỉ thị pH có màu, có thể khó phát hiện sự thay đổi màu sắc. Thông thường, lỗi ở đây là đi qua điểm tương đương, đưa ra giá trị nồng độ quá cao.
Một nguồn lỗi tiềm ẩn khác khi sử dụng chất chỉ thị axit-bazơ là nếu nước được sử dụng để chuẩn bị dung dịch có chứa các ion có thể làm thay đổi độ pH của dung dịch. Ví dụ, nếu nước máy cứng được sử dụng, dung dịch ban đầu sẽ có tính kiềm hơn nếu nước cất đã khử ion là dung môi.
Nếu đồ thị hoặc đường cong chuẩn độ được sử dụng để tìm điểm cuối, thì điểm tương đương là một đường cong chứ không phải là một điểm nhọn. Điểm cuối là một loại "phỏng đoán tốt nhất" dựa trên dữ liệu thử nghiệm.
Sai số có thể được giảm thiểu bằng cách sử dụng máy đo pH đã hiệu chuẩn để tìm điểm cuối của phép chuẩn độ axit-bazơ thay vì sự thay đổi màu sắc hoặc phép ngoại suy từ đồ thị.