Determinări de conductivitate electrică a apei pure (distilată de mai multe ori) au impus admiterea existenţei unor purtători de sarcină electrică ce provin din disocierea apei după reacţia: (1)
Ionul H + nu poate exista liber în apă, el formând cu o moleculă de apă, ionul hidroniu, H3O+ . Reacţia (1) este reversibilă, în apă pură echilibrul fiind deplasat spre stânga (foarte puţine molecule de apă sunt disociate ca ioni hidroniu şi hidroxil HO-).
Aplicând legea acţiunii maselor reacţiei de echilibru (1) se obţine:
(2)
Kd fiind constanta de disociere a apei.
Cum echilibrul din reacţia (1) este deplasat spre stânga, apa fiind foarte puţin disociată, iar [H2O]=55.55mol/l, rezultă că produsul [H+][HO-] este constant, valoarea lui determinată experimental la 298K fiind:
KW se numeşte produs ionic al apei=Kd[H2O].
Relaţia (3) arată că, în apă pură sau în soluţii apoase, produsul dintre concentraţia ionilor H+ şi HO- este o constantă - KW; această constantă depinde de temperatură.
Pentru a se putea lucra cu numere uzuale, s-a definit noţiunea de pH.
pH-ul unei soluţii apoase este o măsură a concentraţiei* (activitatii) ionilor H+ (H3O+).
(4)
sau
[ ] reprezentând concentraţia molară a speciei din paranteză.
Pentru deducerea pH-ului apei pure se pleacă de la reacţia (1) în care se observă că numărul de ioni H+ eliberaţi prin disocierea apei este egal cu cel de ioni HO-, deci [H+]=[HO-].
Prin urmare, din relatia (3):
pH-ul apei pure este deci:
Concentraţia ionilor H+ (H3O+) din soluţiile apoase se supune legităţilor existente în apa pură (relaţia 3).
Dacă în apa pură se introduce o substanţă capabilă să cedeze ioni H+ (acid), concentraţia acestora va deveni mai mare de 10exp(-7) mol/l şi prin urmare, pH-ul soluţiilor acide este mai mare decât 7.
La introducerea în apa pură a unei substanţe capabile să fixeze protoni (bază) concentraţia acestora va scădea sub 10exp(-7) mol/l şi prin urmare, pH-ul soluţiilor bazice este mai mic decât 7.
Pentru măsurarea pH-ului se folosesc următoarele metode:
- metode colorimetrice bazate pe indicatorii de pH;
- metode electrochimice bazate pe potenţial de electrod (utilizând pH-metre).
Importanţa pH-ului este mare pentru procesele ce au loc în prezenţa apei- coroziunea materialelor de construcţie, unele reactii de hidratare, etc.
Astfel, apa utilizată la prepararea betoanelor şi mortarelor trebuie să aibă un pH cuprins între 5 şi 10.
Dependenţa vitezei de coroziune a oţelului, de pH-ul mediului cu care este în contact este redată în fig. 1.
Se remarcă stabilitatea oţelului la pH>9 (pasivare).
Betonul de ciment, chiar şi în stare întărită, în condiţii normale, conţine în pori, o soluţie cu pH-ul mai mare de 12.5, rezultat în urma reacţiilor dintre ciment şi apă. Acesta este unul din modurile în care betonul protejează armătura împotriva coroziunii.
În cazul ipsosului întărit, pH-ul soluţiei din pori are o valoare apropiată de 7, astfel încât armarea lui cu plasă de oţel nu poate fi realizată decât dacă armătura este protejată împotriva coroziunii, de exemplu prin galvanizare.
