Presentación Potenciometría 2013.pdf
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El pH es una medición de acidez de una
solución y se define convencionalmente como
el logaritmo negativo de la actividad del ión
Hidrógeno:
pH = -Log10 aH+, donde aH+ es la
concentración del ión hidrógeno.
Fundamento de la potenciometría
Esta prueba se basa en la determinación de la actividad
de iones hidrógeno, empleando un instrumento
potenciométrico, con sensibilidad para reproducir pH de
0.05 o 0.005 unidades usando un electrodo indicador al
ión hidrógeno como un electrodo de vidrio y un electrodo
de referencia apropiado, detectando el aparato el
potencial en milivolts (mV) y en unidades de pH
Para las pruebas de pH se utiliza ampliamente el electrodo
de vidrio porque da una respuesta inmediata a los cambios
rápidos de la actividad del ión hidrógeno aun en soluciones
poco reguladas, mediante el desarrollo de un potencial
eléctrico en la interface vidrio/ líquido.
A temperatura constante, este potencial varía linealmente
con el pH de la solución que está siendo medida, además de
que este electrodo no lo perturban los agentes de oxidación
o de reducción.
El cambio de potencial por unidad de pH es conocido como
la pendiente del electrodo (la pendiente de un electrodo al 100 %
de eficiencia varia en el orden de 59,16 mV por unidad de pH a
una temperatura de 25 ºC. De acuerdo con la respuesta Nernst
teórica). Este valor se incrementa con la temperatura. Una
pendiente teórica se conoce como la pendiente de Nernst, y es
idéntica a la desarrollada por el electrodo de Hidrógeno. Los
valores de la pendiente de los electrodos de pH se aproximan
muy cercanamente a los valores teóricos.
El potenciómetro es un medidor de milivolts D.C. con una
impedancia alta para medir el potencial eléctrico de los electrodos
en una solución. Mediante un sistema electrónico de balanceo en
cero, el incremento es capaz de expresar el potencial medido
directamente en milivoltios o, por conversión, en unidades de pH.
La red de circuitos del instrumento consiste
primordialmente de un paso de entrada dual–FET electrométrica,
un amplificador operacional con realimentación, vías de
conversión milivoltios a pH, un indicador de lectura digital o
analógica, y una fuente de abastecimiento de corriente regulada.
Los elementos fundamentales del circuito de un
potenciómetro sencillo se presenta en la figura siguiente,
se conecta una célula de trabajo (Et) (que puede ser una
pila seca o de batería de potencial mayor que el que se
desea medir), a una celda que se desea medir (Ex), se
conecta la misma resistencia con una polaridad en
oposición a la Et, mediante un contacto fijo(A) y un
contacto corredizo (C). El Galvanómetro (G) en serie nos
mide el paso de corriente y el voltímetro (V), en paralelo a
la célula problema, de las lecturas aproximadas del
voltaje.
E = F.E.M.
BA = Batería.
R = Resistencia Variable.
A-B = Alambre de contacto
corredizo.
C = Contacto Corredizo.
G = Galvanómetro.
V = Voltímetro.
K = Clavija.
SB = Puente salino.
CE = Electrodo de Calomel.
I = Electrodo Indicador.
Para calibrar el instrumento se conecta el conmutador a la celda patrón (Ep)
cuyo potencial se conoce con exactitud y se mueve el contacto (C) hasta
coincidir con (B). Se cierra ahora el circuito en (K) y se observa una
desviación en el galvanómetro. Se ajusta a continuación la resistencia (R)
hasta que no se aprecie paso de corriente en el galvanómetro (punto cero).
En estas condiciones la caída de potencial entre (A) y (B) es la misma que el
voltaje de la celda patrón. Se retira luego (ES) y se conecta la celda que se
desea medir (problema), (Ex), moviéndose a continuación el contacto (C)
hasta que el galvanómetro no registre paso de corriente. En este momento la
caída de potencial entre (A) y (C) es igual al potencial de la celda problema y
representa la fracción AC/AB conocida del voltaje de la celda patrón (Ep)
utilizada para la calibración.
Generalmente la resistencia (AB) esta enrollada en forma circular, y
tiene acoplada una escala en voltios y milivoltios, de tal forma que
cualquier porción de contacto (C) puede leerse directamente en la
celda. Se calibra el instrumento colocando la celda de tal forma que
indique el voltaje exacto de la celda patrón (Ep) y ajustado (R) hasta
corriente cero. Cualquier voltaje desconocido (Ex), puede leerse en
la escala de voltios o milivoltios.
Para medir el pH puede graduarse directamente la escala, teniendo
en cuenta que un cambio de la unidad de pH corresponde a un
cambio de 0.059 V (a 25 ºC) en la F.E.M. de la celda. El instrumento
se calibra utilizando una solución reguladora de pH conocido en la
celda (Ex) y ajustando la resistencia (R) hasta corriente cero. La
solución a medir se coloca en la celda, moviendo luego el contacto
(C) hasta que no pase corriente por el galvanómetro, el pH se lee
directamente en la escala graduada. Cuando se utiliza un electrodo
de vidrio para medir el pH se sustituye el galvanómetro por un
amplificador de vacío.