Công Thức Tính pH Trong Nước Và Công Cụ tính Nồng Độ pH Chính Xác

Bạn đang tìm hiểu công thức tính pH chính xác để kiểm tra chất lượng nước? Fujiion Việt Nam sẽ hướng dẫn chi tiết các công thức tính độ pH nước chuẩn xác cùng những công cụ đo nồng độ hiệu quả giúp kiểm soát chất lượng nước tối ưu nhất.

pH là gì và công thức tính pH

1 pH là gì?

pH (viết tắt là potential of Hydrogen) là chỉ số đo nồng độ ion hiđrô (H⁺) trong một dung dịch, thể hiện tính axit hay tính bazơ của dung dịch đó, chia làm 14 thang bậc. Giá trị pH = 7 nghĩa là trung tính, nhỏ hơn 7 thì dung dịch là axit, lớn hơn 7 là bazơ.

Theo quy chuẩn của Bộ Y tế, nước uống có thang đo tiêu chuẩn đạt pH chuẩn xác từ 6.5 đến 8.5 được đánh giá là an toàn cho sức khỏe. pH của nước có nồng độ quá thấp (axit) có thể gây rối loạn tiêu hóa trong khi nồng độ quá cao (kiềm) có thể tạo gây ra các bệnh liên quan tim mạch, sỏi thận…

Nắm rõ các công thức tính PH chính xác giúp đánh giá chất lượng nguồn nước, từ đó có biện pháp xử lý phù hợp. Đây cũng là cơ sở để điều chỉnh các thông số cho máy lọc nước đạt hiệu quả tối ưu.

2 Công thức tính pH cơ bản

Độ pH được xác định dựa trên nồng độ ion H⁺ trong dung dịch và được tính theo công thức cơ bản:
pH = -log[H⁺]
Trong đó:
[H⁺]: nồng độ mol/l của ion hydro trong dung dịch
log: logarit cơ số 10

Công thức tính pH trong từng trường hợp cụ thể

1 Cách tính pH đối với bazơ

Để tính pH của dung dịch có tính bazơ, cần phân biệt giữa bazơ mạnh và bazơ yếu do mức độ điện ly khác nhau. Mỗi loại sẽ có công thức tính pH riêng dựa trên nồng độ và hằng số điện li của chúng.

Với dung dịch bazơ mạnh như HCl, HNO3… phân ly hoàn toàn trong nước, công thức tính pH dung dịch bazơ đơn giản: pH = 14 + log(Cb)
Trong đó: Cb là nồng độ mol/L của bazơ mạnh.

Ví dụ: Dung dịch NaOH 0.01M thì pH = 14 + log(0.01) = 14 + (-2) = 12
Với bazơ yếu: Do bazơ yếu điện li không hoàn toàn, công thức tính nồng độ được sử dụng là: pH = 14 + 1/2.logKb + 1/2.log(Cb)
Trong đó: Kb là hằng số điện li của bazơ yếu, Cb là nồng độ bazơ.

2 Công thức tính pH của axit

Việc tính pH sẽ phụ thuộc vào mức độ điện li và nồng độ axit trong dung dịch, với mỗi loại dung dịch có tính axit sẽ áp dụng công thức xác định độ pH khác nhau.

Axit mạnh: Đối với dung dịch axit mạnh, công thức tính pH được áp dụng trực tiếp: pH = -log(Ca)
Trong đó: Ca là nồng độ mol/L của axit mạnh.
Ví dụ: Dung dịch HCl 0.1M thì pH = -log(0.1) = 1
Axit yếu: Do axit yếu chỉ điện ly một phần, công thức tính phức tạp hơn:
pH = -1/2.logKa - 1/2.logCa
Trong đó Ka là hằng số điện li của axit yếu, Ca là nồng độ ban đầu của axit.

3 Công thức tính nồng độ với dung dịch muối

Dung dịch muối tạo ra có thể có tính axit, bazơ hoặc trung tính tùy thuộc vào bản chất của axit và bazơ tạo thành muối. 
Muối từ axit mạnh + bazơ mạnh: pH ≈ 7 (trung tính)
Muối từ axit yếu + bazơ mạnh: pH > 7 (tính bazơ). Công thức tính pH:
pH = 14 + 1/2.logKb + 1/2.log(Cm)
Muối từ axit mạnh + bazơ yếu: pH < 7 (tính axit). Sử dụng công thức tính:
pH = -1/2.logKa - 1/2.log(Cm)
Trong đó:
Cm là nồng độ mol/L của muối
Ka và Kb là hằng số điện ly tương ứng
Công thức tính pH chuẩn xác cho dung dịch muối cụ thể phụ thuộc vào hằng số phân ly của axit hoặc bazơ tương ứng, thường được tính thông qua hằng số thủy phân.

4 công cụ đo nồng độ pH trong nước phổ biến

1 Dùng giấy quỳ tím

Giấy quỳ tím là thang đo pH đơn giản và phổ biến giúp kiểm chứng kết quả từ công thức tính pH. Chuẩn bị giấy kiểm tra, nhúng giấy quỳ tím vào dung dịch cần kiểm tra rồi quan sát sự đổi màu để xác định tính chất dung dịch. Giấy nhúng vào dung dịch chuyển sang màu đỏ thì dung dịch đó có tính acid (pH < 7) và xanh nghĩa là dung dịch bazơ (pH > 7).

Ưu điểm của phương pháp này là chi phí thấp, dễ sử dụng và cho kết quả nhanh. Tuy nhiên, công cụ này có mức chuẩn không cao, chỉ phân biệt được tính axit-bazơ cơ bản. Giấy quỳ tím chỉ thích hợp để kiểm tra sơ bộ chất lượng nước.

2 Dùng bộ test thử nước tại nhà

Bộ test pH dạng que thử có độ chính xác cao hơn giấy quỳ tím. Các que thử được thiết kế với nhiều vùng màu khác nhau, cho phép đọc giá trị pH cụ thể.
Phương pháp đo nồng độ pH này phù hợp để kiểm tra nước uống, nước bể bơi hoặc nước trong hệ thống lọc. Kết quả có thể đọc được trong vòng 1-2 phút với độ chính xác ±0,2 đơn vị pH. Với chi phí hợp lý và dễ sử dụng, bộ test là lựa chọn phổ biến cho khách hàng.

3 Dùng máy đo pH điện tử

Máy đo pH điện tử là công cụ chính xác nhất để so sánh với kết quả công thức tính pH. Máy đo sử dụng điện cực thủy tinh để đo điện thế và chuyển đổi thành giá trị pH. Đây là phương pháp có độ chính xác cao với sai số chỉ ±0,01 đơn vị pH. 
Thiết bị cần được hiệu chuẩn định kỳ bằng dung dịch chuẩn pH 4,01; 7,00 và 10,01. Chỉ cần dùng đầu dò của máy nhúng vào nước, quá trình đo sẽ được thực hiện nhanh chóng và cho kết quả số chính xác. Máy đo điện tử phù hợp cho các hoạt động kiểm tra chuyên nghiệp, phòng thí nghiệm hoặc khi cần độ chính xác cao trong kiểm soát chất lượng nước.

4 Dùng dung dịch chỉ thị màu

Để xác định pH của một dung dịch, có thể sử dụng dung dịch chỉ thị màu. Chất chỉ thị pH là các hợp chất hữu cơ thay đổi màu sắc theo giá trị pH. Một số chỉ thị phổ biến như phenolphthalein, methyl orange, bromothymol blue.

Chỉ thị sẽ thay đổi màu sắc trong một khoảng pH nhất định, từ đó giúp ước lượng mức độ axit hoặc bazơ của dung dịch. Phương pháp này thường được sử dụng trong phân tích định tính. Độ chính xác phụ thuộc vào loại chỉ thị và kinh nghiệm của người đo, thường đạt ±0,5 đơn vị pH.

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ pH và sai số khi đo

1 Nhiệt độ

Nhiệt độ có ảnh hưởng đáng kể đến giá trị của công thức tính pH cho dung dịch. Khi nhiệt độ tăng, độ phân ly của nước tăng, làm thay đổi hằng số ion hóa Kw.
Đối với nước tinh khiết, pH giảm từ 7,47 ở 0°C xuống 6,14 ở 100°C. Vì vậy, các phép đo nồng độ nước chính xác cần được hiệu chỉnh theo nhiệt độ. Hầu hết máy đo hiện đại đều có tính năng bù nhiệt độ tự động (ATC) để đảm bảo độ chính xác của phép đo.

2 Độ chính xác của thiết bị đo

Chất lượng và trạng thái của thiết bị đo ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả. Điện cực pH cần được bảo quản và hiệu chuẩn đúng cách để duy trì độ chính xác.
Điện cực bị lão hóa, nhiễm bẩn hoặc không được hiệu chuẩn thường xuyên sẽ cho kết quả sai lệch. Chu kỳ thay thế điện cực thường từ 1-2 năm tùy tần suất sử dụng. Sử dụng dung dịch chuẩn chất lượng cao và tuân thủ quy trình hiệu chuẩn là yếu tố then chốt đảm bảo độ tin cậy.

3 Độ pha loãng của dung dịch

Với các dung dịch có nồng độ rất loãng (< 10⁻⁶ M), công thức tính pH cơ bản có thể không còn chính xác do ảnh hưởng của nước nguyên chất. Trong trường hợp này, cần xét đến sự đóng góp của ion H⁺ từ quá trình tự phân ly của nước. Công thức chính xác sẽ phức tạp hơn và cần tính toán tổng hợp.
Hiệu ứng hoạt độ ion cũng cần được xem xét khi nồng độ ion tổng trong dung dịch cao, làm sai lệch giá trị pH so với tính toán lý thuyết.

Trên đây là các công thức tính pH cùng các công cụ đo lường nồng độ chính xác giúp kiểm soát chất lượng nước. Để đảm bảo nước sinh hoạt an toàn cho gia đình, bạn nên sử dụng các thiết bị đo pH chính xác cùng hệ thống lọc nước chất lượng cao. Máy lọc nước Fujiion Việt Nam với công nghệ Nhật Bản tiên tiến cam kết mang lại nguồn nước sạch với độ pH cân bằng, đảm bảo sức khỏe cho gia đình bạn. Liên hệ Fujiion ngay hôm nay để được tư vấn chi tiết về giải pháp lọc nước phù hợp nhất!