Como o pHmetro foi inventado?

Originalmente, nosso conceito de acidez foi elaborado dos antigos gregos que definiam as substâncias de “sabor azedo” como oxeína, que sofreu uma mutação na palavra latina para vinagre, acetum, que se transformou em nosso próprio “ácido”. Descobriu-se que substâncias ácidas não apenas tinham gosto azedo, mas também alteravam a cor do papel de tornassol e corroíam metais. Por outro lado, as bases eram tipicamente definidas e estudadas por sua capacidade de neutralizar ácidos e, portanto, vinham atrás dos ácidos em sua caracterização química. Sua terminologia mais rígida (alcalina) é derivada de uma raiz arábica associada a “torrefação”, devido ao fato de que as primeiras bases eram caracterizadas a partir de substâncias saponáceas obtidas a partir da torrefação de cinzas e tratamento com água e cal apagada.

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Lavoisier classificou ácidos e bases iniciando então a primeira teoria para esses compostos químicos. Sua ideia era que todos os ácidos continham mais ou menos uma “essência” particular que era responsável por sua acidez. Infelizmente, ele pensava erroneamente que os ácidos eram originados de uma substância gênica da oxeína; era como ele a chamava, oxigênio.

No início do século XIX, o químico inglês Humphry Davy (1778-1829) demonstrou que o oxigênio não poderia ser responsável pela acidez, porque havia vários ácidos que não continham oxigênio. Mas foi décadas depois que a ideia da acidez associada à presença de hidrogênio foi proposta pelo químico alemão Justus von Liebig (1803-1873).

Na década de 1890, Svante August Arrhenius (1859–1927) finalmente definiu os ácidos como “substâncias que liberam íons hidrogênio para a solução” e as bases como “substâncias que liberam ânions de hidroxila para a solução”. Ele também propôs que o mecanismo pelo qual ácidos e bases interagiam para neutralizar uns aos outros formava água e um sal apropriado.

Mais tarde, o químico dinamarquês Johannes Brønsted e o químico inglês Thomas Lowry iriam propor independentemente uma modificação das definições, mantendo a conexão da liberação de prótons aos ácidos, mas definindo as bases de forma mais ampla como qualquer substância capaz de receber prótons.

As definições acima, contando com prótons e íons hidroxila como acontecia, geralmente relacionados a reações em solução aquosa. Gilbert Lewis (1875-1946) refinou o conceito de ácido e básico para incluir eventos de dissolução em solventes não aquosos, onde prótons livres não estão envolvidos. No lugar de prótons Lewis adicionou o processo de doar e receber elétrons.

O conceito de pH foi talvez o mais importante para facilitar essa evolução. Foi obra de Hermann Walther Nernst (1864-1941) que, em 1889, deu a base teórica para o uso de potencial do eletrodo para medir a concentração de um íon em solução. Com a definição de acidez de Arrhenius como resultado de concentração de íons de hidrogênio, era um pequeno passo para criar uma escala de acidez baseada em os resultados do potencial do eletrodo.

Em seu artigo de 1909 na Biochemische Zeitschrift, S. P. L. Sørenson desenvolveu um novo ensaio colorimétrico para acidez. Ele definiu o conceito de expressando acidez como o logaritmo negativo da concentração de íons de hidrogênio, que ele denominou pH. E ele era um dos o primeiro a tentar usar métodos eletrostáticos para discernir o pH.  Esse método foi usado pelo seu amigo Glen Joseph, que trabalhava para a California Fruit Growers Association, como uma maneira de monitorar a acidez da fruta durante a produção de pectina e ácido cítrico – dióxido de enxofre usado como conservante.

Beckman, por sua vez, projetou um instrumento sensível e robusto que ele chamou de acidímetro. O instrumento usava um par de amplificadores de sinal de tubo de vácuo e eletrodos de vidro para medir o pH facilmente. Para isso, Beckman usou os resultados da pesquisa de Duncan McInnes e Malcolm Dole que desenvolveram um eletrodo de vidro superior capaz de responder a íons de hidrogênio. Por causa de seu custo de 195 dólares na época da Depressão, o acidímetro de Beckman foi deixado de lado até setembro de 1935. Nesse ano, durante uma Reunião da Sociedade Americana de Química Analítica (ACS) reconheceu o valor do instrumento de Beckman.

Fonte: https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ac50066a001
Acidimetro de Beckman
Fonte: https://www.beckman-foundation.org/about-foundation/inventions/ph-meter/

Depois de receber garantias de conselheiros da Universidade da Pensilvânia de que o acidímetro de vidro de Beckman era bom produto, a Arthur H. Thomas Co. tornou-se um dos primeiros grandes fornecedores do pHmetro Beckman, vendendo mais de 100 em o primeiro ano. As vendas ajudaram a própria empresa de Beckman, a NTL, a florescer apesar dos tempos econômicos difíceis e, por fim, levou à formação da empresa que leva seu nome. O acidímetro rendeu ao Beckman um lugar no Hall da Fama dos Inventores Nacionais dos EUA em 1987.

O acidímetro de Beckman se tornou a inspiração para uma série de melhorias e adaptações, dando um impulso profundo para a ascensão deste instrumento no mundo dos negócios. Por exemplo, engenheiro suíço Bertold Suhner desenvolveu um dos primeiros Medidores de pH europeus para Metrohm, apenas alguns anos depois que Beckman apresentou seu dispositivo. E a empresa seguiu em 1950 com os primeiros eletrodos de pH combinados.

Em outro exemplo, logo depois que a Segunda Guerra acabou, Masao Horiba, um estudante da Universidade de Kyoto, abandonou sua tese de doutorado por causa do acordo com os EUA para eliminar todas as armas nucleares no Japão. Então, Horiba estabeleceu uma empresa de P&D (Pesquisa & Desenvolvimento) cujo primeiro produto foi o medidor

Medidor de pH de Horiba Fonte: https://www.horiba.com/jpn/company/about-horiba/history/1945-1960s/

de pH do tipo eletrodo de vidro em 1950. A motivação foi a comercialização de medidores de pH americanos, muitos caros e inadequados para o clima úmido do Japão, Horiba resolveu combinar o eletrodo de hidrogênio com o eletrodo de referência de calomelano. Isto foi suficientemente inconveniente para que não substitui o uso de métodos indicadores.

A utilidade do valor de pH foi relativamente ignorada em todos os campos da ciência, exceto no campo da enzimologia. A excepcionalidade do uso do pH é atribuída a Leonor Michaelis, um bioquímico e físico alemão, famoso por seu trabalho com Maud Menten em relação à cinética enzimática e na cinética de Michaelis-Menten. Ele também foi pioneiro no estudo da influência do pH, ou seja, dos íons de hidrogênio – concentração ou atividade, a atividade de enzimas. Michaelis usou o valor de pH na sua monografia, Die Wasserstoffion konzetration, para convencer os bioquímicos e, posteriormente, químicos em geral, da importância da medida de pH em pesquisa analítica. A partir daí, medição do pH, principalmente na vida ciências, passou a ser considerado de maior e maior importância.

Fontes:

https://pt.wikipedia.org/wiki/Leonor_Michaelis

https://www.beckman-foundation.org/about-foundation/inventions/ph-meter/

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ac50066a001

https://www.horiba.com/jpn/company/about-horiba/history/1945-1960s/

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