La misura potenziometrica del pH: principi elettrochimici e applicazioni
La misura potenziometrica del pH si basa sull’analisi del potenziale in specifiche celle elettrochimiche mediante l’impiego di elettrodi dedicati. L’equazione di Nernst correla il potenziale di un elettrodo con le concentrazioni delle specie ioniche coinvolte nella reazione elettrochimica del semielemento. L’valutazione sperimentale del potenziale di un semielemento galvanico consente, in soluzioni diluite, di determinare alcuni componenti di una soluzione, inclusa la concentrazione dello ione H+ e quindi il pH.
Per effettuare tale determinazione, è necessario utilizzare un elettrodo il cui potenziale sia influenzato dalla concentrazione dello ione H+. La determinazione della concentrazione dello ione H+ e del pH può essere eseguita per via potenziometrica mediante l’utilizzo di elettrodi specifici come l’elettrodo a calomelano e l’elettrodo a chinidrone o ad antimonio, il cui potenziale dipende direttamente dalla concentrazione dello ione H+.
Elettrodo chinone idrochinone
L’elettrodo a equilibrio chinone idrochinone sfrutta una reazione di ossido-riduzione tra il chinone (Q) e l’idrochinone (QH2). Inserendo un elettrodo inerte di platino in una soluzione contenente sia chinone (Q) che idrochinone (QH2) si ottiene un semielemento galvanico, il cui potenziale a 25°C è determinato dall’equazione E°Q/QH2 = E°Q/QH2 + 0.059/2 log [Q][H+]^2/[QH2]. Questa metodologia consente di ricavare il pH dal potenziale del semielemento, ma presenta limiti operativi quando il pH supera il valore di 9 o in presenza di ossidanti o riducenti.
Elettrodo ad antimonio
Un altro elettrodo utilizzato per la misura potenziometrica del pH è l’elettrodo ad antimonio, particolarmente indicato per soluzioni contenenti acido fluoridrico, in quanto non presenta parti in vetro che potrebbero degradarsi a contatto con l’acido. Il suo funzionamento si basa su una reazione elettrodica complessa, ed è limitato a un intervallo di pH compreso tra 2 e 8, richiedendo inoltre una costante standardizzazione con soluzioni tampone a pH noto.
Queste metodologie potenziometriche offrono una valutazione affidabile del pH in varie soluzioni, consentendo di ottenere informazioni cruciali per numerose applicazioni in ambito chimico, biologico e industriale.