TỔNG HỢP: Công thức tính pH – Cách tính nồng độ pH chính xác nhất

Ngày nay, khi cuộc sống ngày càng hiện đại hơn, thì nhu cầu giữ gìn sức khỏe của chúng ta ngày một tăng. Những yếu tố phục vụ cho đời sống ngày càng được chú trọng như nước sinh hoạt, nước uống, nước hồ bơi, … Vì vậy, việc tìm hiểu về độ pH trong nước, công thức tính pH rất cần thiết.

Độ pH là gì?

Khái niệm độ pH được đưa ra vào năm 1909 bởi S.P.L.Sørensen (và Linderström-Lang).

Độ pH là chỉ số đo H+ (hay còn gọi là độ hoạt động của Hidro) trong dung dịch và ở đây là cụ thể trong nước. Độ hoạt động của  H+ sẽ thể hiện được độ axit hoặc kiềm trong nước. pH có chỉ số dao độ từ 1 đến 14. 

Độ pH là gì?

Đối với dung dịch có độ pH = 7, thì đây được coi là dung dịch trung hòa. Đối với dung dịch có giá trị pH nhỏ hơn 7, thì được coi có tính axit và ngược lại, nếu pH cao hơn 7 thì đây là dung dịch có tính kiềm.

Công thức tính pH là như thế nào?

Độ pH không có đơn vị đo cụ thể, nhưng độ pH sinh ra từ định nghĩa là chỉ số đo H+ (hay còn gọi là độ hoạt động của Hidro) trong dung dịch. Kết quả sẽ cho ra dung dịch đó có tính kiềm, axit hay là trung tính. 

Thang đo pH được chỉ định cụ thể như sau: pH=7 là dung dịch trung hòa, pH<7 là dung dịch có tính axit và pH>7 là dung dịch có tính kiềm. Tuy nhiên, để có thể có độ pH chuẩn xác, chúng ta cần nắm rõ công thức tính pH sau đây:

• Công thức để tính pH trong dung axit dịch là:

pH=−log⁡[H+]

Trong đó: 

• [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. 

Công thức tính pH là như thế nào?

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 × 10−9 mol/L; một dung dịch có hoạt độ của [H+] là 4,5 × 10−4 mol/L sẽ có giá trị pH là −log10(4,5 × 10−4), hay khoảng 3,35.

• Công thức để tính pH trong dung bazơ là:

Ngoài ra chúng ta 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 công thức như sau: 

pH = 14 – pOH = 14 + lg([OH-])

Ngoài ra, bạn cũng nên ghi nhớ thêm công thức sau:  [H+][OH−] = 10-14

[OH-] biểu thị hoạt độ của các ion OH– (ion hydroxit) và được đo theo đơn vị mol/l.

Tổng hợp các công thức tính pH trong trường hợp cụ thể

Bên cạnh công thức tính độ pH trong dung dịch trên đây, chúng ta cũng cần ghi nhớ thêm các công thức tính pH ở trong từng trường hợp cụ thể sau:

Công thức tính pH áp dụng cho axit

Bên cạnh công thức tính độ pH trên đây, bạn cũng cần ghi nhớ thêm các công thức tính pH ở trong một số trường hợp cụ thể sau:

Công thức tính pH áp dụng cho bazơ

• Đối với bazơ mạnh: pH = 14 + log(Cb) ; trong đó Cb là nồng độ bazơ.
• Bazơ yếu: pH = 14 +1/2logKb + 1/2.log(Cb); trong đó Kb là hằng số điện li bazơ

Công thức tính pH áp dụng cho muối

• Đối với dung dịch muối: pH = -1/2.logKa – 1/2.log(Cm); với Ka là hằng số điện li của axit
• Đặc biệt, các dung dịch muối tạo ra từ bazơ mạnh hoặc axit yếu thì sẽ tính theo công thức: pH= 14 + 1/2.logKb + 1/2.log(Cm).

Công thức tính pH áp dụng cho dung dịch đệm

Dung dịch đệm là một dung dịch gồm các axit và bazơ yếu. Khi thêm vào trong đó một lượng ion H+ hay OH- vừa phải hoặc pha loãng bằng nước thì nồng độ pH gần như là không đổi.

Công thức tính nồng độ pH của dung dịch đệm: pH= pKa – lg Ca/Cb.

Trong đó: Ka là hằng số điện li của axit; Ca là nồng độ của axit; Cb là nồng độ bazơ.

TOP 4 công cụ đo nồng độ PH chính xác phổ biến hiện nay

Ngày nay, khoa học ngày càng hiện đại, trên thị trường có bán nhiều thước đo nồng độ pH phổ biến sau đây:

TOP 4 công cụ đo nồng độ PH chính xác phổ biến hiện nay

Sử dụng giấy quỳ tím

Một trong những cách đo độ pH phổ biến và đơn giản nhất mà ai cũng có thể áp dụng được đó chính là dùng giấy quỳ tím. Điều bạn cần làm là nhúng giấy quỳ tím vào dung dịch cần đo pH, quỳ tím chuyển sang màu xanh nghĩa là dung dịch có tính bazơ, nếu giấy chuyển sang màu đỏ thì dung dịch của bạn có tính axit.

Để xác định chính xác được giá trị của pH chúng ta cần đối chiếu với màu sắc giấy quỳ trên thước đo tiêu chuẩn.

Bộ test thử nước

Phương pháp được sử dụng rộng rãi hiện nay đặc biệt là trong việc xử lý nước trong bể bơi đó chính là bộ test thử nước. Phương pháp này được dùng để đo độ pH trong bể bơi và lượng Clo chứa trong bể bơi để đong đo liều lượng hóa chất cho phù hợp.

Cách sử dụng bộ test nước như sau: bạn cần lấy mẫu nước trong hồ bơi rồi tiến hành cho vào 2 ống nghiệm, sau đó bạn nhỏ lần lượt dung dịch Phenol và Oto vào rồi lắc đều. Dung dịch Phenol để đo độ pH của dung dịch Oto để đo hàm lượng Clo trong nước hồ bơi. Tiếp theo đó, bạn so sánh màu dung dịch của nước sẽ biết được độ pH và hàm lượng Clo có sẵn trong nước hồ bơi. 

Sau đây là các bước cụ thể để dùng bộ test thử nước hồ bơi:

• Bước 1: Lấy mẫu dung dịch hồ bơi sâu dưới 40cm so với bề mặt để kết quả đo được chính xác hơn. 
• Bước 2: Nhỏ lần lượt 4 giọt dung dịch mẫu nước vào lọ dung dịch phenol (đo pH) và lọ dung dịch Oto (đo Clo)
• Bước 3: Đậy nắp ống nghiệm và lắc đều 2 ống nghiệm để pha trộn hỗn hợp dung dịch và nước test
• Bước 4: Sau khi dung dịch test chuyển thành một màu nhất định hãy so sánh đối chiếu với màu sắc ngay trên bảng màu kết quả thử nghiệm.

Máy đo chuyên dụng

Máy đo pH chuyên dụng thường được bán ở các thiết bị trường học, ở đây bạn cũng rất dễ dàng tìm được giấy quỳ cũng như các chất để đo độ pH trong nước. Cách sử dụng máy đo chuyên dụng tương đối dễ, bạn chỉ cần nhúng 2 đầu điện cực kim loại của máy vào mẫu nước cần đo và đợi kết quả trên màn hình điện tử. 

Tuy nhiên, bạn cần phải lưu ý bảo quản thật kỹ máy đo này tránh làm rơi rớt ảnh hưởng đến đầu đo kim loại của máy. 

Chất chỉ thị

Chất chỉ thị pH giúp xác định độ pH của dung dịch cần đo, màu của chất chỉ thị sẽ thể hiện độ pH của dung dịch đang ở mức nào. Màu sắc của chất chỉ thị được chia làm 14 thang màu tương ứng với từng độ pH. Để xác định màu bạn chỉ cần chuẩn bị giấy kiểm tra đã được ngâm sẵn trong chất chỉ thị và nhúng vào dung dịch cần đó, sau đó vài phút bạn chỉ cần so sánh với thang màu kiểm tra pH và đọc kết quả.

Sau đây là một số chất chỉ thị dùng để đo pH của dung dịch phổ biến: giấy quỳ, phenolphtalein, cam methyl và xanh brômothymol

Lời kết

Trên đây là bài viết tổng hợp về các kiến thức cơ bản về độ pH, công thức tính pH cũng như các công cụ phương pháp đo nồng độ pH có trong mẫu dung dịch. Hy vọng bài viết trên sẽ mang lại kiến thức tổng hợp đầy đủ nhất giúp các bạn có thể áp dụng vào thực tế.