pH kavramı günlük hayatımızda sıkça kullanmaya başladığımız bir kelime olmaya başlamıştır. Aslında kimya literatüründe bulunan bu kelimenin anlamını terimsel olarak bilmesek bile etkilerini farkında olmadan gözlemliyoruz. Limon sıktığımız çorbamızı yudumlarken birden çok ekşi olduğunu düşünüyoruz. Aslında dilimiz bizim için bir pH ölçümü yapmış oluyor. Peki nasıl? pH değeri 7’nin altında olan maddelere asit denir ve asitler ekşimsi mayhoş bir tada sahiplerdir. Ve hatta limonun asitine kimya da sitrik asit denir. Yani aslında biz insanlar bir pH ölçeriz! Tabi bu önümüze gelen her maddenin pH’ını ölçeceğiz anlamına gelmiyor. Özellikle dokunmak, tatmak şurda dursun bazı maddeleri koklamak bile sağlığımızı büyük ölçüde tehdit eder ve hatta ölümle sonuçlanmasına neden olabilir. Bu nedenle biz bu pH ölçme işini gerekli cihazlara bırakalım. Şimdi pH kavramını birazda kimya literatüründeki anlamıyla öğrenelim.
pH terimi ilk kez 1909’da Danimarkalı biyokimyacı Søren Peter Lauritz Sørensen tarafından tanımlanmıştır. pH kısaltmalardan oluşan bir terimdir. Almanca’da güç anlamına gelen ‘’potenz’’ kelimesinin ilk harfi olan p ve hidrojen elementinin sembolü olan H’ın yanyana getirilmesiyle elde edilmiştir.
PH, sulu bir çözeltinin hidrojen iyonu derişiminin logaritmik olarak ölçümüdür. pH = -log [H + ] olarak gösterilir. log 10 baz logaritmasıdır, [H + ] litre başına mol cinsinden hidrojen iyonu derişimini gösterir. pH, sulu bir çözeltinin ne kadar asidik veya bazik olması hakkında bilgi verir. Eğer pH 7’nin altında bir değer ise çözelti asidik ve 7’den yüksek bir değer ise pH baziktir. pH’ ın 7’ye eşit olduğu değerin ise nötr olduğu kabul edilir. Suyu ve tuz nötr pH’a sahip değerler olarak kabul edilr. pH değerleri 0 ila 14 arasında değişir, ancak bazı istisnalar vardır, çok güçlü asitler negatif pH’a sahip olabilirken , çok güçlü bazlar ise 14’den büyük bir pH’a sahip olabilirler.
pH ölçümü neden önemlidir?
Sudaki kimyasal reaksiyonlar çözeltinin asitliğinden veya alkaliliğinden etkilenir. Bu sadece kimya laboratuvarları için değil endüstri, yemek pişirme ve tıp alanı içinde önemlidir. pH, insan hücrelerinde ve kanda hassas şekilde ayarlanır. Kan için uygun görülen pH aralığı 7.35 ila 7.45 arasındadır. Bir pH değerinin onda birinde bile bir değişiklik olsa bu değişiklik ölümle sonuçlanabilir. Toprağın pH değeri mahsullerin çimlenmesi, büyümesi ve verimli ürünler verebilesi açısından önemlidir. Yemeğin lezzeti içinde pH oldukça etkili bir değerdir. Örneğin içtiğimiz suyun tadında bazen değişiklik hissederiz. Kimi zaman hoşumuza giderken kimi zaman beğenmeyiz. Tabiki tada etki eden tek şey pH değildir. Mineraller, suyun sertliği gibi başka etkiyen durumlarda vardır ancak pH değeri de içtiğimiz suyu beğenip beğenmemizi etkileyen parametrelerden biridir. Bazen insan bazen doğa kaynaklı olarak toprağın ve suyun pH değeri değişebilir. Asit yağmurları ve insanların toprağı, suyu kirletmesi pH değerinde değişikliğe neden olur. Bundan sadece biz insanlar değil bitki hayvan ve diğer canlı organizmalar etkilenir. Peki pH değeri bu denli hassassa bu değeri nasıl ölçeriz?
PH değerini nasıl ölçeriz?
- PH değeri elektrokimyasal ölçüm sistemleri, turnusol kağıdı, göstergeler ve kolorimetreler kullanılarak ölçülebilir. PH ölçümü, turnusol kağıdı veya kolorimetre ile yapılabilmektedir. Bu tip pH ölçümlerinin avantajı, pH aralığının iyi bilinmesi ve uygulama kolaylığıdır. Ancak birçok durumda turnusol kağıdı ve kolorimetreler, yüksek hassasiyetli pH ölçümlerini doğru şekilde yapamazlar.
- Amperometri ile de pH ölçümü gerçekleştirilir. Amperometrenin bir pH ölçüm yöntemi olarak avantajı, kullanımının kolay olmasıdır. Amperometrik pH ölçümleri, asil bir metal üzerinde yani oksidasyona ve korozyana dirençli metal üzerinde hidrojen oluşumuyla ölçülür. Daha az asil bir metal ile bir araya getirildiğinde, galvanik hücrede dağıtıcı bir güç oluşur. Burada hidrojen iyonları üretildiği için hücre akımı pH değerine bağlıdır. Bu yöntemin dezavantajı ise numune bileşimindeki farklılıklar nedeniyle, pH ölçümlerinde çok büyük hatalara neden olmasıdır. Bir diğer dezavantaj ise, pH cam membranı ile aşırı konsantre asitlerin ve bazların etkileşmesi nedeniyle güvenilir sonuçlar vermemesidir.
- Bazı durumlarda pH değeri kondüktometri (iletkenlik ölçümü) kullanılarak ölçülür. Bu pH ölçüm yöntemiyle, herhangi bir membranın asit veya bazlarla etkisi en aza indirilir. Bu pH ölçüm yönteminin dezavantajı ise, bir iletkenlik ölçümü ile sadece hidrojen iyonu aktivitesi değil tüm iyon aktivitesi ölçülür. Ayrıca, bu pH ölçümü sadece düşük iyon derişimlerinde güvenlidir ve tekrarlanabilir.
- PH değeri ölçümü için yeni bir yöntem mecvuttur, bu yöntem bir iyon seçici alanı olan transistörün (ISFET) kullanılmasıdır. ISFET, güç kaynağı ve çıkışı olan bir izolatörle bölünmüş transistördür. Bu izolatör, hidrojen iyonlarının bir elektrotta biriken metal oksitinden yapılır. Kapının dışında biriken pozitif yük, kapının içindeki negatif yüke eşitlenerek yansıtılır. Bu olduğunda kapı elektrik üretmeye başlar. PH değerinin düşük olması hidrojen iyonlarının birikme miktarını artırır. Kaynak ile çıkış arasında fazla miktarda elektrik akımını gerçekleşir. Cam pH elektrotları gibi ISFET sensörleri de Nernst denklemine göre hareket eder. Bu sistemin avantajı transistör hacminin çok küçük olmasıdır. Dezavantajı ise dayanıklılığın kısa süreli olması ve uzun vadede düşük stabiliteye sahip olmalarıdır. Kullanım ömrü birkaç haftadır.
- PH değeri ölçümü için kullanılan en yaygın yöntem pH ölçüm elektrotlarıdır. Bu pH ölçüm cihazı, ölçüm elektrodu ve referans elektrottan oluşan elektrokimyasal sensördür. PH ölçüm elektrodu, hidrojen iyonlarına karşı duyarlı olan özel bir camdan yapılmıştır. PH ölçüm elektrodu, pH değeri 7 olan bir tampon çözeltisi ile doldurulur. PH ölçüm elektrodu bir test çözeltisi içine yerleştirilir, voltajda gözlemlenen değişiklik, ölçülen voltaj ile referans olarak seçilen kararlı elektrot ile karşılaştırılır ve ölçüm gerçekleştirilir. Bu değişiklik, pH metre ile kaydedilir. Kullanılan pH ölçer cihazı tarafından görüntülenen değer pH ölçüm değerine dönüştürülür. Bu yöntemin dezavantajı sayılabilecek özelliği ise, cam elektrotların dikkatli ve hassas bir kullanım gerektirmesidir. Ancak bu duruma da sağlamlık gerektiren uygulamalar için jel dolgulu pH elektrot kullanımıyla bir çözüm getirilmiştir.
Yukarıda bahsedilen 5 farklı pH ölçme yöntemi içerisinden en iyisi pH elektrotları kullanılarak ölçüm yapılan yöntemdir. Tüm pH aralığında pH ölçümünü bu kadar güvenilir ve hızla yapabilen başka bir pH ölçüm yöntemi yoktur.
Hazırlayan: Rabiye Baştürk
Kaynak: 1 (Erişim: Mayıs 07, 2019) 2 (Erişim: Mayıs 07, 2019)
