Medición Precisa del pH con Electrodo de Vidrio: Funcionamiento y Calibración

Funcionamiento del Electrodo de Vidrio para la Medición del pH

El electrodo de vidrio es una herramienta fundamental para la medición precisa del pH. Este electrodo posee una membrana de vidrio sensible a los iones hidrógeno (H⁺) en su extremo. El cuerpo del electrodo, generalmente de plástico, contiene una disolución interna con una actividad constante de H⁺. Además, incorpora un electrodo de referencia de Ag/AgCl y un puente salino (una placa fritada) para establecer un contacto eléctrico estable.

Principio de Operación

La clave del funcionamiento reside en la membrana de vidrio. Al observar una sección transversal de esta membrana, se distinguen dos caras: la interna y la externa. Cuando el silicato del vidrio entra en contacto con una solución ácida, se hidrata, estableciéndose el siguiente equilibrio:

V^-, Na⁺ + H⁺ ↔ V^-, H⁺, Na⁺

Este equilibrio representa un intercambio iónico entre el sodio (Na⁺) del vidrio y los protones (H⁺) de la solución. Este intercambio ocurre a ambos lados de la membrana. La diferencia en el grado de sustitución de Na⁺ por H⁺ entre la cara interna y la externa genera una diferencia de potencial, que es la base de la medición del pH.

Factores que Afectan la Medición

Es crucial que ambas caras de la membrana estén hidratadas para un funcionamiento correcto. La deshidratación de la cara externa (por falta de uso) es una causa común de fallo. Para rehidratarla, se sumerge el electrodo en una solución ácida diluida. Otra causa de error puede ser la acumulación de sustancias en la superficie del electrodo, que impiden el intercambio iónico.

Relación entre el Potencial y el pH

Cuando la actividad de los iones en la disolución interna (a_i) se mantiene constante, el potencial (E) del electrodo de vidrio se relaciona con el pH mediante la siguiente ecuación:

E = k - 0.059 * pH

Donde 'k' es una constante de asimetría que depende del estado físico-químico de la membrana y varía con el tiempo. Por lo tanto, es necesario calibrar el electrodo periódicamente.

Calibración y Rango de Medición

La calibración se realiza utilizando soluciones reguladoras de pH conocido:

• Para pH ácidos: solución reguladora de pH 3.9.
• Para pH neutros: solución reguladora de pH 7.
• Para pH alcalinos: solución reguladora de pH 9-10.

La temperatura también influye en la medición, ya que el término RT/nF en la ecuación de Nernst es aproximadamente 0.059 a temperatura ambiente.

Ventajas:

• Respuesta rápida.
• No consume la muestra.

Limitaciones:

• Sujeto a incertidumbres.
• A pH muy bajos (<1), las lecturas pueden ser ligeramente superiores al valor real debido a la baja actividad del agua.
• No es adecuado para medir pH en valores extremos.
• Funciona óptimamente en el rango de pH 1-12.

Aplicaciones

El electrodo de vidrio se utiliza principalmente para la medición de pH, pero también puede emplearse para la determinación de la concentración de otros iones monovalentes como Na⁺, K⁺ y NH₄⁺, aunque con menor precisión.