Độ pH là gì? Cách tính độ pH và độ pH của một số dụng dịch phổ biến

Độ pH là gì? Công thức độ pH như thế nào, pH xác định dùng để làm gì, một số phương pháp xác định độ pH và độ pH của những dung dịch phổ biến hiện nay và đặc biệt là những ảnh hưởng của độ pH trong đời sống. Các dấu hiệu của độ pH thấp, cách điều chỉnh khi pH quá thấp. Đó là tất cả những câu hỏi thắc mắc xung quanh thuật ngữ pH là gì?

Trong các ghi chú trên bao bì sản phẩm hay trong các sách giáo khoa về môn hóa học chắc chắn chúng ta đã nhìn thấy dòng chữ pH hoặc độ pH. Và chúng ta hiểu đơn giản rằng pH là một thang dùng để đo tính Axit hoặc Bazơ của một chất, cho chúng ta biết nước có mang tính kiềm hay không. Tất cả hiểu biết chỉ dừng lại ở đó trong khi pH có thể mang lại nhiều hơn nữa về những hiểu biết này. Chính vì vậy, hôm nay Vinalab sẽ cùng bạn khám phá tất tần tật những thông tin về pH để bạn có một cái nhìn tổng quan hơn về nó.Để dễ dàng hơn, chúng ta sẽ đi từ cái đơn giản nhất đó chính là khái niệm về pH và độ pH là gì?

1. Độ pH là gì? Công thức đo pH

Độ pH được hiểu là mức độ hoạt động của ion H+ trong môi trường dung dịch dưới sự tác động bởi 1 hằng số điện ly. Tất cả các dung dịch tồn tại ở dạng lỏng đều có 1 độ pH riêng và pH ảnh hưởng đến chất lỏng đó có lợi hay có hại.

Thang đo độ pH

pH được định nghĩa là logarit âm của nồng độ ion hydro chạy từ 0 đến 14.Nó được thể hiện bằng toán học như sau:

Công thức tính độ pH:

pH=−log⁡[H+]

[H+] biểu thị hoạt độ của các ion H+(hay chính xác hơn là[H3O+], tức các ion hydronium), được đo theo mol trên lít(còn gọi là phân tử gam). Trong các dung dịch loãng(như nước sông hay từ vòi nước) thì hoạt độ xấp xỉ bằng nồng độ của ion H+.

Log10 biểu thị logarit cơ số 10,và pH vì thế được định nghĩa là thang đo logarit của tính axit.Ví dụ,dung dịch có pH=8,2 sẽ có độ hoạt động [H+] (nồng độ) là 10−8.2 mol/L, hay khoảng 6,31×10−9mol/L; một dung dịch có hoạt độ của [H+] là 4,5×10−4mol/L sẽ có giá trị pH là−Log10(4,5×10−4), hay khoảng 3,35.

Công thức tính pOH:

Còn có khái niệm pOH, về ngữ nghĩa là ngược lại với pH,nó đo nồng độ các ion OH−. Do nước là tự ion hóa và ghi [OH−] như là nồng độ của các ion hiđroxit, chúng ta có

Kw=[H+][OH−]≈10−14Kw=[H+][OH−]≈10−14(∗)(∗∗)

trong đó Kw là hằng số ion hóa của nước.

Do

log10⁡Kw=log10⁡[H+]+log10⁡[OH−]log10⁡Kw=log10⁡[H+]+log10⁡[OH−]

bằng các đồng nhất thức logarit,ta có quan hệ sau:

−14=log10⁡[H+]+log10⁡[OH−]−14=log10⁡[H+]+log10⁡[OH−](∗)

và vì vậy:

pOH=−log10⁡[OH−]=14+log10⁡[H+]=14−pHpOH=−log10⁡[OH−]=14+log10⁡[H+]=14−pH(∗)

(*)Chỉ chính xác ở nhiệt độ 298,15 K(25°C), chấp nhận được cho phần lớn các tính toán trong phòng thí nghiệm.

(∗∗)Kw=1,008×10−14Kw=1,008×10−14

Trong phòng thí nghiệm hoặc trong các nghiên cứu hầu như tất cả các quá trình có sự tồn tại của nước đều cần đo pH. Việc này bao gồm chẩn đoán hóa học, kiểm tra chất lượng nước khoa học môi trường và các thí nghiệm môi trường sinh học.

Tất cả các sinh vật sống đều phụ thuộc vào mức độ pH thích hợp để duy trì sự sống. Tất cả mọi người và động vật đều dựa vào cơ chế nội bộ để duy trì 1 nồng độ pH nhất định.

2. Sử dụng độ pH để làm gì?

Độ pH dùng để phân biệt các loại dung dịch hay đặc tính của từng loại dung dịch. Theo quy ước thì độ pH của nước là chuẩn nhất có giá trị=7. Những dung dịch có độ pH<7 là các dung dịch mang tính axit, nếu giá trị bằng không thì có tính axit cao nhất còn độ ph>7 thì đó là các dung dịch có tính bazơ hay còn được gọi là tính kiềm.

Giá trị pH là biểu thức của tỷ lệ [H+] đến [OH‐] (nồng độ ion hydroxit). Do đó, nếu [H+] là lớn hơn [OH‐] thì dung dịch có tính axit. Ngược lại, nếu [OH‐] lớn hơn [H+] thì dung dịch là bazơ.

3. Cách xác định độ pH

Dưới đây, Vinalab xin tổng kết lại một vài phương pháp dùng để kiểm tra độ pH phổ biến hiện nay cũng so sánh các ưu điểm nhược điểm để người dùng có thể làm căn cứ chọn cho mình cách thích hợp nhất để kiểm tra độ pH.

STT

CÁCH XÁC ĐỊNH

ĐẶC ĐIỂM

ƯU ĐIỂM

NHƯỢC ĐIỂM

1

Sử dụng quỳ tím

Giấy quỳ màu tím hoặc trung tính thay đổi màu sắc:

- Từ màu tím ban đầu sang màu đỏ để xác định dung dịch là axit.

- Chuyển sang màu xanh nếu dung dịch đó là kiềm.

Giấy quỳ trung tính có chứa từ 10 đến 15 loại thuốc nhuộm khác nhau, bao gồm azolitmin, leucazolitmin, leucoorcein và spaniolitmin.

Đây là phương pháp đơn giản nhất,chi phí thấp nhất thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm hay giáo dục…

- Dễ dàng xác định độ pH mà không cần nhiều kiến thức chuyên môn, cho kết quả nhanh.

Không xác định chính xác nồng độ pH cụ thể mà chỉ biết được dung dịch đó có tính axit,trung tính hay bazơ.

2

Sử dụng máy đo pH

- Là phương pháp xác định độ pH chính xác nhất hiện nay. Những loại máy đo pH hiện nay xác định đến 2 con số thập phân giá trị pH.

- Xác định chính xác nồng độ pH của tất cả các loại dung dịch, đồ uống, máu hay các nguồn nước.

- Các thao tác đều tự động và hiển thị kết quả ra màn hình hoặc lưu trữ kết quả trên máy tính.

Chi phí để mua máy khá cao

3

Sử dụng bút đo pH

Đây là phương pháp đang được ứng dụng rộng rãi để đo độ pH, hiện tại có bút đo pH được phân thành 2 loại:

- Bút đo pH đất: là loại bút chuyên đo độ pH của nhiều loại đất khác nhau. Việc xác định pH đất giúp ta tìm hiểu được đây là loại đất nào, thích hợp với loại cây trồng nào.

- Bút đo pH nước: Là loại bút chuyên đo pH dung dịch, bằng cách nhúng đầu dò vào trong dung dịch. Sau ít phút bút sẽ hiển thị chính xác độ pH trong dung dịch đó. Đây là cách đo độ kiềm trong dung dịch được nhiều người sử dụng nhất.

- Là một thiết bị nhỏ gọn, có thể di chuyển đến bất kỳ đâu, dễ dàng bảo quản và kiểm tra độ pH nhanh.

- Có độ chính xác không tuyệt đối như máy đo pH để bàn.

4

Sử dụng Test sera

- Đây là thương hiệu nổi tiếng của Đức chuyên sản xuất các thiết bị test nước như kiểm tra nồng độ NO2, NO3, nước cứng và độ pH.

- 1 bộ test sera pH gồm 1 chai thuốc thử, 1 bảng màu so sánh nồng độ pH và 1 ống nghiệm để test nước.

Kiểm tra nhanh nồng độ pH các môi trường nước nuôi thủy sản như tôm, cá và thực vật thủy sinh. Giá thành bộ test sera pH khá rẻ và có thể sử dụng tối đa 100 lần test.

Chỉ kiểm tra được nồng độ pH của một vài môi trường nước nuôi thủy sản và không kiểm tra đươc các loại dung dịch khác.

4. Cách bảo quản vật thư thiết bị của các phương pháp đo pH

Nếu bạn đang tiến hành các phòng thí nghiệm ướt,bạn có thể sẽ cần phải kiểm tra pH tại một số điểm. Xem xét chi phí,độ chính xác,độ chính xác,tính di động và thuận tiện khi chọn phương pháp thử pH.

Cho dù bạn chọn chất chỉ thị pH, giấy đo pH hoặc máy đo pH,hãy chắc chắn lưu trữ các công cụ đo này đúng cách.

Luôn bảo quản các giấy thử trong hộp đựng ban đầu của chúng hoặc trong thùng chứa kín khác. Không để chúng tiếp xúc với độ ẩm hoặc nhiệt độ khắc nghiệt.

Lưu ý đến ngày hết hạn mỗi khi lấy ra sử dụng và nên làm theo bất kỳ hướng dẫn bảo quản lưu trữ đi kèm.

Trước khi sử dụng, kiểm tra các dụng cụ đo pH trong dung dịch pH đã biết(ngoài nước)để đảm bảo chúng hoạt động đúng cách. Nếu chúng không đưa ra giá trị pH dự kiến, nên kiểm tra, sửa chữa, loại bỏ và đặt mua mới để đảm kết quả thí nghiệm được chính xác.

Để lưu trữ lâu dài các thiết bị cầm tay, hãy tháo pin để giảm thiểu nguy cơ ăn mòn, rò rỉ pin, hoặc nổ và hư hỏng thiết bị. Không được lưu trữ các thiết bị cầm tay hay thiết bị đo khác trong điều kiện khắc nghiệt hoặc trong môi trường ẩm ướt. Luôn tham khảo hướng dẫn của nhà sản xuất để lưu trữ thích hợp.

5. Độ pH của một số dung dịch phổ biến

Mỗi chất tồn tại đều có một độ pH nhất định vì vậy để tiện lợi cho người theo dõi thì Vinalab sẽ liệt kê một số độ pH của vài dung dịch phổ biến.

Chất

pH

Axit ắc quy

<1

Nước thoát ra từ các mỏ

1,0-3,6

Dịch vị dạ dày

2,0

Nước chanh

2,4

Cola

2,5

Dấm

2,9

Nước cam hay táo

3,5

Bia

4,5

Cà phê

5,0

Nước chè

5.5

Mưa axít

<5,6

Sữa

6,5

Nước tinh khiết

7,0

Nước bọt của người khỏe mạnh

6,5-7,4

Máu

7,34-7,45

Nước biển

8,0

Xà phòng

9,0-10,0

Amonia dùng trong gia đình

11,5

Chất tẩy

12,5

Thuốc giặt quần áo

13,5

a. Độ pH của nước

Dung dịch phổ biến nhất trên trái đất là nước vì trái đất có đến ¾ là đại dương cũng như con người,tỉ trọng nước chiếm đến 70% và hơn hết là chúng ta không thể sống nếu không bổ sung nước trong vòng 24h. Nước có nhiều loại như nước ngọt, nước mặn, nước phèn. Và Vị ngọt trong nước là do pH quyết định. Mỗi loại nước lại chứa một độ pH riêng ví dụ:

Độ pH của nước tinh khiết là 7, nhưng lưu ý là độ pH=7 này chỉ là nước sạch và được xử lý bằng các phương pháp lọc.

Theo tiêu chuẩn, pH của nước sử dụng cho sinh hoạt là 6,0 - 8,5 và của nước ăn uống uống là 6,5 - 8,5.

b. Độ pH của đất

Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ - Dịch vụ bảo tồn tài nguyên thiên nhiên đã phân loại phạm vi pH đất như sau:

Tên

Phạm vi pH

Có tính axit cực cao

<3,5

Có tính axit cực cao

3,5 - 4,4

Có tính axit rất mạnh

4,5 - 5,0

Có tính axit mạnh

5,1 - 5,5

Có tính axit vừa phải

5,6 - 6,0

Có tính axit nhẹ

6,1 - 6,5

Trung lập

6,6 - 7,3

Hơi kiềm

7,4 - 7,8

Có tính kiềm vừa phải

7,9 - 8,4

Có tính kiềm mạnh

8,5 - 9,0

Có tính kiềm rất mạnh

>9.0

Còn ở Việt Nam có địa hình đa dạng nên có nhiều loại đất khác nhau. Vinalab sẽ thống kê độ pH của một số loại đất thông dụng nhất:

Đất kiềm là đất có độ pH bằng 7, đây là loại đất phổ biến ở miền Tây Nam Bộ. Đặc điểm của loại đất này là ít chất dinh dưỡng, không thích hợp trồng trọt các loại cây nông nghiệp.

Đất trung tính là đất có độ pH 7, đây là loại đất thích hợp với nhiều loại cây trồng nhiệt đới mà tiêu biểu nhất là cây lúa nước.

Đất chua là đất có độ pH nhỏ hơn 7, nhưng cây trồng chỉ thích hợp với đất có độ pH từ 4 đến 7.Nếu pH<4 là loại đất phèn.

c. Độ pH của axit

Axit có độ pH từ pH=0 đến pH<7 trong thang đo ph. những hóa chất có tính axit phổ biến thường gặp phòng thí nghiệm là hcl, h2SO4.

d. Độ pH của sữa rửa mặt

Đây có lẽ là dung dịch không mấy xa lạ với các bạn nữ. Nhưng ít ai biết được rằng độ pH ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất và hiệu quả của sữa rửa mặt. Bởi vì thành phần sữa rửa mặt có chứa một nguyên tố hóa học là lưu huỳnh(S) mà lưu hình thường tồn tại dưới dạng hợp chất mà thường là hợp chất axit. Như vậy nồng độ pH trong sữa rửa mặt phải nhỏ hơn 7 và lý tưởng nhất là từ 6 đến 6.5.

e. Độ pH của nước tiểu

Nước tiểu của mỗi người có nồng độ pH khác nhau. Việc xác định nồng độ nước tiểu giúp kiểm tra sức khỏe và phát hiện các loại bệnh như suy thận, đái tháo đường, sỏi thận và đặc biệt là bệnh viêm dạ dày do virut hp gây ra.

Thông thường 1 người trưởng thành có độ pH trong nước tiểu trong khoảng 4,6 đến >8.

f. Độ pH của bazơ

Bazơ hay còn gọi là kiềm có độ pH từ 8 đến pH 14, những chất hóa học mang tính bazơ phổ biến gồm có NaOH, KOH…

g. Độ pH của máu

Máu chảy qua tĩnh mạch của chúng ta phải có độ pH giữa 7,35 và 7,45. Vượt quá phạm vi này chỉ bằng một phần mười đơn vị pp có thể gây tử vong.

6.Ảnh hưởng của độ pH trong đời sống

Có bao giờ bạn tự hỏi mình rằng: “Mỹ phẩm của mình đang dùng có nồng độ pH là bao nhiêu, thực phẩm mình sử dụng hằng ngày có nồng độ pH phù hợp với sức khỏe hay không hoặc nước của mình đang uống có nồng độ pH cao hay thấp…”. Đó chính là những câu hỏi thể hiện được tầm quan trọng của độ pH trong đời sống con người của chúng ta. Đặc biệt nhất đó chính là nó ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của mỗi con người chúng ta.

Da và tóc của chúng ta có độ pH giao động ở ngưỡng 5.5 vì vậy muốn da và tóc khỏe mạnh thì chúng ta nên chọn những mỹ phẩm có độ pH nhỏ hơn 7 để đảm bảo an toàn.

Còn đối với những thực phẩm tươi sống như thịt sẽ phải có độ pH ở mức 5,5-6,2. Trong trường hợp pH nhỏ hơn 5,3 thì có lẽ thịt đã bị ôi thiu.

Nếu như đô pH của nước ở mức quá thấp thì sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến hệ tiêu hóa và mòn men răng hay làm gia tăng ion kim loại từ các vật chứa nước, nếu trong nước có các hợp chất hữu cơ kết hợp với độ pH lớn hơn 8.5 thì việc khử trùng bằng Clo dễ tạo thành hợp chất trihalomethane gây ung thư. Những điều này sẽ ảnh hưởng xấu đến sức khỏe.

Nếu sử dụng thường xuyên nguồn nước có nồng độ pH cao thì rất dễ bị mắc các bệnh liên quan đến sỏi thận, sỏi mật...

Nồng độ pH trong máu cũng là một trong những yếu tố dùng để xác định tình trạng sức khỏe của con người.

Ngoài ra, Độ pH còn liên quan đến tính ăn mòn thiết bị,đường ống dẫn nước và dụng cụ chứa nước.

7. Các dấu hiệu của độ pH thấp

PH thấp tức là nước có tính axit, axit trong nước sẽ gây ra các hiện tượng ăn mòn đường ống, các dụng cụ chứa nước bằng kim loại làm gia tăng các ion kim loại trong nước gây ảnh hưởng gián tiếp tới sức khỏe con người. Vì vậy, việc nhận biết độ pH nằm ở ngưỡng nào là rất quan trọng, đặc biệt là việc xác định độ pH thấp.

Sau đây là một vài dấu hiệu để nhận biết được độ pH nằm ở ngưỡng thấp:

Thường dễ thấy nhất là các vết mờ màu xanh rêu trên các vật chứa bằng đồng, các vết nâu đỏ trên các vật bằng sắt thép. Dấu hiệu khó thấy hơn là các vật dụng kim loại bị mòn dần (dấu hiệu ăn mòn của axit).

8. Các điều chỉnh khi độ pH quá thấp

a. Sử dụng bộ lọc trung hòa:

Tức là việc sử dụng canxi cacbonat: Nếu pH không quá thấp, có thể dùng các bộ lọc có vật liệu chính là Calcite hoặc magnesia để nâng pH. Bộ lọc kiểu này có khả năng lọc cặn nên cần thường xuyên rửa để tránh tình trạng gây tắc nghẽn. Các vật liệu trong bộ lọc tan từ từ và hao hụt dần. Vì thế nên thường xuyên kiểm tra và bổ sung định kỳ.

b. Điều chỉnh pH bằng hoá chất:

Với quy mô lớn hoặc khi pH quá thấp, thường dùng bơm định lượng để châm soda hoặc hỗn hợp Soda và Hypochlorite. Việc điều chỉnh bơm sẽ được tính toán dựa trên thực tế, cân đối giữa các tham số:lưu lượng bơm, độ pH, nồng độ dung dịch hoá chất để đảm bảo pH tăng vừa đủ. Khi nguồn nước bị ô nhiễm sắt hoặc nhiễm khuẩn, việc điều chỉnh nồng độ dung dịch soda, hypochlorite sẽ phức tạp hơn. Trong một số trường hợp,có thể sẽ dùng Kali để nâng pH, nhưng phải tính toán kỹ lưỡng để không gây ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ.

c. Phương pháp thủ công:

Đối với nước ao, hồ mưa nhiều ngày liên tục sẽ làm cho pH ở ao hồ xuống dưới 6,5 do đó người ta rắc vôi bột để điều chỉnh pH.

Ngoài ra, muốn điều chỉnh nước uống có độ pH thấp thì cách đơn giản nhất đó chính là dùng máy lọc nước có chứa các lõi lọc tạo kiềm, khả năng tạo nước điện giải và có độ khử oxy hóa cao, loại bỏ độc tố trong nước nhưng vẫn giữ được những khoáng chất tốt cho cơ thể.

Vinalab