Sensor de pH

pH o índice de concentración de hidronio Aún en agua pura, los puentes de hidrógeno causan que los protones de una molécula de agua salten a otra molécula, dejando una carga negativa en la molécula original y otorgando una carga positiva a la molécula a la cual el protón se adhiere.

Por lo tanto, se forman iones de hidronio (H3O+ o H+) e hidróxido o hidroxilo (OH–). La reacción puede ser representada como: 2H2O  → H3O+  + OH–. Alguien determinó que en un litro de agua destilada pura hay 0.0000001 M de H3O+ (H+) e igual concentración de OH–.

En vez de tener que escribir concentraciones tan bajas, los químicos idearon el concepto de pH para determinar cuántos iones de hidronio (H+) hay en una molécula. De esta forma, pH = -log [H+] Entonces, el valor de 0.0000001M es convertido a notación científica (1 x 10-7). pH = -log [1 x 10-7]  pH = 7

Si se añaden sustancias al agua, como cuando añadimos contaminantes, las concentraciones de los iones de hidronio e hidróxido, deben cambiar, pero el pH estará siempre basado en la concentración de hidronio. Si [H+] es mayor de 0.0000001 M (ej. 0.0001 o 10-4, es decir, pH = 4) la solución se considera ácida. Si [H+] es menor de 0.0000001 M (ej. 0.0000000001 o 10-10, es decir, pH = 10) la solución se considera básica.

¿Por qué es importante medir el pH en los cuerpos de agua dulce? El pH es una medida del estado acídico o básico (alcalino) de una solución. Un intérvalo de 6.0 a 9.0 parece proveer protección a los peces de agua dulce y a los invertebrados bénticos.

Efectos del pH sobre los peces y la vida acuática Mínimo Máximo Efectos 3.8 10.0 Los huevos de peces eclosionan, pero muchos juveniles nacen malformados. 4.0 10.1 Límites de tolerancia de los peces más resistentes 4.1 9.5 Límites tolerados por los salmónidos (trucha y salmón) 4.3 --- La carpa muere en 5 días 4.5 9.0 Los huevos y larvas del salmón se desarrollan normalmente.

Mínimo Máximo Efectos 4.6 9.5 Límites para la perca (pez de lagos) 5.0 9.0 Intérvalo de tolerancia para la mayoría de los peces --- 8.7 Límite superior para los peces de pezca deportiva 6.0 7.2 Intérvalo óptimo para la eclosión de los huevos de la mayoría de los peces 7.5 8.4 Intérvalo óptimo para las algas 3.3 4.7 Intérvalo óptimo para muchos mosquitos

Efectos sinergísticos Sinergismo se refiere a la combinación de 2 o más sustancias para producir un efecto mayor a la suma de los efectos individuales de éstas. Esto es muy importante en las aguas superficiales. La escorrentía de áreas agrícolas, domésticas e industriales puede contener hierro, aluminio, amoníaco, mercurio y otros elementos. El pH del agua que recibe la escorrentía determina cuán tóxicos son los metales mencionados anteriormente.

Por ejemplo, 4 mg/L de Hierro a pH de 4 Por ejemplo, 4 mg/L de Hierro a pH de 4.8 podrían no representar una amenaza para un pez. Sin embargo una cantidad tan pequeña como 0.9 mg/L de Hierro a pH de 5.5 podría causarle la muerte al pez. El sinergismo cobra importancia especial cuando se lleva a cabo el tratamiento de agua. Los pasos envueltos en el tratamiento y potabilización del agua requieren niveles de pH específicos.

Sensor de pH Teoría: Actividades típicas para usar el sensor incluyen estudios caseros de ácido-base, titulaciones ácido-base, monitoreo cambios de pH durante reacciones químicas o en cualquier acuario como resultado de fotosíntesis, investigaciones de lluvia ácida y en investigaciones de la calidad de agua en quebradas y ríos. pH  es función de la concentración de ión hidronio (H+) en solución.

¿Necesito calibrar el sensor de pH? Bajo condiciones normales el sensor no necesita calibrarse ya que el CBL2 tiene los valores correctos de calibración. En caso de estudios más precisos el sensor se puede calibrar con dos soluciones amortiguadoras siguiendo los pasos a continuación. El programa que se tiene que usar es “Easy Data”.

Los estudiantes colocarán el sensor de pH en la interfase EASY LINK. Conectarán la interfase a la calculadora gráfica y se asegurarán de que todos los cables estén bien conectados. El programado EASY DATA se iniciará inmediatamente, reconociendo el sensor correspondiente.

Calibración del sensor de pH En el menú principal, seleccionarán “SETUP” (presionando “WINDOW”). Se creará un recuadro y se selecciona la opción PH (esto se logra sólo presionando la tecla “ENTER”).

Calibración del sensor de pH Seleccionarán “Calib” para calibrar el instrumento (presionando “ZOOM”). Escogerán la opción “Edit” (presionando “WINDOW”)

Calibración del sensor de pH En la ventanilla, se escoge la la opción Two point live (presionando “Enter”). Colocarán la sonda del sensor de pH en una solución amortiguadora de pH 7.00. Cuando la lectura de voltaje se estabilice, presionarán Keep (presionando “ZOOM”).

Calibración del sensor de pH En Enter Reference, entrarán “7” como el valor de pH de esta solución y marcarán OK. Removerán el sensor de la solución amortiguadora y enjuagarán la sonda con agua destilada.

Calibración del sensor de pH Insertarán el sensor de pH en una solución amortiguadora de pH 4.00. Cuando la lectura de voltaje se estabilice, presionarán Keep (presionando “ZOOM”).

Calibración del sensor de pH En Enter Reference, entrarán “4” como el valor de pH de esta solución.

Calibración del sensor de pH Seleccionarán “OK” en tres ocasiones para volver a la pantalla inicial.

Calibración del sensor de pH Una vez en la pantalla principal, se selecciona “Setup”. Se escogerá la opción Single Point para leer el valor de pH de su muestra (presionando el número 5).

Sensor de pH Los siguientes pasos se deben seguir para asegurar que el sensor permanezca en condiciones óptimas: Lavar (con agua destilada) y secar el sensor antes de guardarlo. Guardarlo en la solución de almacenamiento (10 g de KCl, cloruro de potasio, en 100mL de solución amortiguadora con pH-4.00). Agitar hasta que se disuelva toda la sal.

Precauciones a seguir para no dañar el sensor de pH. El electrodo siempre ser guardado en la solución de almacenamiento. No se debe sumergir el electrodo en soluciones que contegan perclorato, plata o iones de sulfato. No se debe usar en soluciones de ácido hidrofluorídrico. No se debe usar en soluciones ácidas o básicas con una concentración mayor de 1.0 M. No se debe exponer al electrodo a temperaturas extremadamente frías o calientes. Entre medidas el electrodo se debe mantener húmedo con agua destilada.