Il più comune dispositivo per misurare la concentrazione di ioni idrogeno nei laboratori di chimica è un pH-metro. Inventato nel 1934 da Arnold Beckman, questo pratico strumento misura effettivamente la caduta di tensione tra un elettrodo di riferimento e un elettrodo iono-selettivi immerso nella soluzione che si sta testando; Questa tensione corrisponde alla concentrazione di ioni idrogeno. Un altro modo per misurare la concentrazione di ioni idrogeno è con carta di pH.
pH
Gli scienziati descrivono generalmente la concentrazione di ioni idrogeno come "pH", dove il pH è uguale al registro negativo della concentrazione di ioni idrogeno. La scala del pH va 0 a 14; dove 0 è molto fortemente acida — un sacco di ioni idrogeno e ioni idrossido di pochissimi; 14 è molto fortemente basico — pochissimi ioni idrogeno ma un sacco di ioni idrossido; e 7 è neutro a temperatura ambiente — né acido né base. Di conseguenza, se si conosce il pH di una soluzione, è possibile concentrare la concentrazione di ioni idrogeno.
Funzione di misuratore di pH
Un pH-metro utilizza un elettrodo iono-selettivi — un bulbo di vetro sottili che contiene una soluzione contenente ioni. Un voltmetro misura la differenza di potenziale amplificata tra questo elettrodo di vetro e un elettrodo standard o di riferimento, che contiene una soluzione con concentrazione e composizione è noto. La tensione amplificata corrisponde al pH della soluzione da analizzare. Il pH-metro deve essere calibrato prima dell'uso per garantire che la lettura è precisa; sarà anche meno accurata a pH molto alta o bassa.
pH carta
Una conveniente alternativa ad un costoso pH-metro è carta di pH; anche se è molto meno preciso — si può dare solo una stima approssimativa del pH. Alcuni generi, come cartina di tornasole, cambiano colore se il pH è acida o basica. Altri generi, come ad esempio carta universale pH, contengono una miscela di sostanze chimiche di indicatore; quindi la carta può visualizzare una gamma di colori, ognuno dei quali corrisponde all'incirca ad un range di pH specifico. Tutti i documenti di pH utilizzano indicatori — composti che hanno un colore quando essi accettano un ione di idrogeno e un altro quando perdono un ione di idrogeno. Indicatori, quali fenolftaleina, utilizzabile anche senza la carta per determinare quando viene raggiunto un certo livello di pH in una soluzione.
Significato
Concentrazione di ioni idrogeno è un fattore estremamente importante per tutti i tipi di reazioni chimiche e biochimiche in soluzione acquosa. Una proteina avrà una carica negativa come pH aumenta, ad esempio, o potrebbe snaturare completamente a pH alto o basso. Molti composti possono diventare più o meno solubili come il pH aumenta o diminuisce. Il fosfato di calcio nei denti, per esempio, è più solubile a pH basso (acido), motivo per cui i batteri acido-secernenti nella placca possono provocare la carie. Misurare il pH è anche un modo per trovare il punto finale di una titolazione — una reazione in cui viene misurata la concentrazione di uno sconosciuto con l'aggiunta di un'altra sostanza chimica chiamata una "soluzione titolata".