Πεχάμετρο: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων

όπου [H⁺] είναι η συγκέντρωση των υδρογόνοιόντων[[ιόν|ιόντων]] [[υδρογόνο|υδρογόνου]].

Η μέτρηση του pH γίνεται με ειδικά [[ηλεκτρόδιο|ηλεκτρόδια]] καιπου συσκευέςβρίσκονται πουσε ονομάζονταικάθε pH-μετραπεχάμετρο. Τα pH-μετραπεχάμετρα χρησιμοποιούν την αρχή της ποτενσιομετρικής μέτρησης του pH, που προσδιορίζει την [[ενεργότητα]] των ιόντων υδρογόνου στοσε ένα διάλυμα. Η μέτρηση γίνεται με την χρήση ενός ενδεικτικού ηλεκτρόδιου και ενός ηλεκτροδίου αναφοράς. Το [[δυναμικό]] του ενδεικτικού ηλεκτροδίου εξαρτάται εκλεκτικά από την ενεργότητα των ιόντων υδρογόνου στο διάλυμα . Η [[διαφορά δυναμικού]] ανάμεσα στα δυο ηλεκτρόδια, έπειτα από [[βαθμονόμηση]], μας δίνηδίνει το pH. ΧρησιμοποιούνταιΤις περισσότερες φορές χρησιμοποιούνται δύο είδη ενδεικτικών ηλεκτροδίων: τα ηλεκτρόδια [[γυαλί|υάλου]] και τα ηλεκτρόδια τύπου ISFET.

===Ηλεκτρόδια Υαλου===

Η λειτουργία των ηλεκτροδίων υάλου στηρίζεται σε γυάλινη μεμβράνη πάχους 0,2-0,5cm κατασκευασμένης από γυαλί ειδικής ποιότητας. Η χημική σύσταση της μεμβράνης ποικίλει ανάλογα με τον κατασκευαστή αλλά συνήθως αποτελείται κατά 70% από SiO2SiO₂ και από μεταβλητά ποσοστά Na2ONa₂O, CaO, LiO και BaO.

Το διοξείδιο του πυριτίου, SiO2,(SiO₂) που αποτελεί το σκελετικό υλικό του γυαλιού προσροφά στρώμα [[νερό|νερού]] και δημιουργεί σε κάθε μια από τις δυο επιφάνειες της γυάλινης μεμβράνης εφυδατωμένο στρώμα διοξειδίου του πυριτίου. Το λεπτό αυτό επιφανειακό στρώμα πάχους περίπου 10-4mm, έχει την μορφή ζελέ και συμπεριφέρεται σαν [[ιοανταλλάκτης]]. Τα [[κατιόν|κατιόντα]] [[νάτριο|νατρίου,]] (Na<sup>+/<sup>), του εφυδατωμένου στρώματος ανταλλάσσονται με ιόντα [[υδρογόνο|υδρογόνου]], του διαλύματος με αποτέλεσμα την ανάπτυξη ισορροπίας σύμφωνα με την αντίδραση:

Η παραπάνω [[χημική ισορροπία]] είναι κατά κανόνα μετατοπισμένη προς τα δεξιά με αποτέλεσμα σχεδόν το σύνολο των ιόντων Na<sup>+/<sup>, της επιφάνειας να αντικαθιστούνται με ιόντα H<sup>+/<sup>. Εξαίρεση υπάρχει μόνο στα πολύ αλκαλικά διαλύματα (pH > 12) όπου η μεγάλη συγκέντρωση των ιόντων Na<sup>+/<sup> μετατοπίζει την ισορροπία προς τα αριστερά.

Σημειώνεται ότι το εφυδατωμένο επιφανειακό στρώμα της μεμβράνης είναι ιδιαίτερα σημαντικό για την σωστή λειτουργία του ηλεκτροδίου. Η ποσότητα του προσροφημένου νερού είναι περίπου 50mg ανά cm3 γυαλιού. Για τον λόγο αυτό όλα τα ηλεκτρόδια υάλου φυλάσσονται πάντα σε [[απιονισμένο νερό]] ή άλλο υδατικό διάλυμα σταθερού pH.

Λόγω της διαφοράς ενεργότητας των ιόντων υδρογόνου στο διάλυμα και εντός και εκτός της επιφάνειας του γυαλιού, αναπτύσσονται [[δυναμικό Nerst|δυναμικά Nerst]]. Εάν η σύσταση του εσωτερικού διαλύματος παραμείνει σταθερή, το δυναμικό κατά μήκος της μεμβράνης θα εξαρτάτεεξαρτάται μόνο από το pH του εξωτερικού διαλύματος.

Το [[δυναμικό]] μετράτεμετράται με τηντη χρήση ηλεκτροδίων μέσα στα δυο διαλύματα. Στην πράξη χρησιμοποιούνται ηλεκτρόδια τύπου αργύρου – χλωριούχου αργύρου(Ag/AgCl/Cl<sup>-/<sup>) ή καλομέλανος(Hg/Hg2Cl2Hg<sub>2/<sub>Cl<sub>2/<sub>/Cl<sup>-/<sup>). Η διαφορά δυναμικού ανάμεσα στα δυο ηλεκτρόδια αναφοράς συν της μεμβράνης δίνουν το pH του διαλύματος. Επειδή η αγωγιμότητα της γυάλινης μεμβράνης είναι μικρή 10-1-10-2μS, η μέτρηση του δυναμικού δεν γίνεται με συνηθισμένες συσκευές μέτρησης δυναμικού.

Η [[θερμοκρασία]] επιδρά στηνστη μέτρηση του pH, καθώς επηρεάζει τηντη [[σταθερά ισορροπίας]] όλων των [[χημική αντίδραση|αντιδράσεων]]. Για να επιτευχθεί μέγιστη ακρίβεια, τα πρότυπα και τα προς μέτρηση διαλύματα πρέπει να βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία, να έχει αποκατασταθεί πλήρως η [[θερμική ισορροπία]] και να έχει γίνει η διόρθωση της κλίσης ως προς την θερμοκρασία.

Το ηλεκτρόδιο υάλου αποτελεί τον πιο αξιόπιστο μεταλλάκτη για την μέτρηση του pH, χρησιμοποιείται χωρίς πρόβλημα σε διαλύματα που περιέχουν ισχυρά [[οξείδωση|οξειδωτικές]] ή [[αναγωγή|αναγωγικές]] ενώσεις, [[αέριο|αέρια]] και διάφορα βιολογικά μόρια. Παρόλα αυτά παρουσιάζουν κάποια [[πειραματικό σφάλμα|σφάλματα]], τα κυριότερα από αυτά είναι:

#Το σφάλμα από αφυδάτωση ή μηχανική καταπόνηση: Αν η γυάλινη μεμβράνη αφυδατωθεί χάνει τις ιδιότητες αλλά αντιστρεπτά. Σε περίπτωση που η μεμβράνη καλυφθεί από λιπαρό ή αδιάλυτο στο νερό υλικό ή καταπονηθεί μηχανικά τότε καταστρέφετεκαταστρέφεται.

#Σφάλματα από τον ηλεκτρολυτικό σύνδεσμο: Σφάλματα που προκύπτουν όταν κλείνουν μερικόςμερικώς ή ολικόςολικώς οι πόροι του ηλεκτρολυτικού συνδέσμου του ηλεκτροδίου αναφοράς.

Για την μέτρηση του δυναμικού των ηλεκτροδίων υάλου χρησιμοποιούνται ηλεκτρονικά [[βολτόμετρο|βολτόμετρα αναλογικά ή ψηφιακά]]. Τα αναλογικά βολτόμετρα συμπεριλαμβάνουν κύκλωμα μετατροπής δυναμικού σε μονάδες pH, το οποίο λαμβάνει υπόψη του και την θερμοκρασία. Για να βαθμονομηθούν χρησιμοποιούνται συνήθως δύο [[ρυθμιστικό διάλυμα|ρυθμιστικά διαλύματα]], το ένα με pH=7 και το άλλο με pH=737,3. Τα ψηφιακά βολτόμετρα χρησιμοποιούν διαφορετικό τρόπο βαθμονόμησης, οι οδηγίες για την βαθμονόμηση προβάλλονται στην οθόνη της συσκευής και η βαθμονόμηση μπορεί να συμπεριλαμβάνει τρία ή περισσότερα ρυθμιστικά διαλύματα.

===Ηλεκτρόδια τύπου ISFET===

Το ISFET είναι ένα FET μετάλλου οξειδίου ημιαγωγού ([[MOSFET]]) στο οποίο το μεταλλικό ηλεκτρόδιο της πύλης έχει αντικατασταθεί από επιφάνεια η οποία παίζει το ρόλο εκλεκτικού ηλεκτροδίου ιόντων όταν έλθει σε επαφή με διάλυμα ηλεκτρολύτη.

Τα ISFET λειτουργούν και χρησιμοποιούνται όπως τα MOSFET. Τα ISFET παρουσιάζουν τα ακόλουθα πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τα ηλεκτρόδια υάλου: