Qué es el pH
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¿Qué es el pH? Tal como el "metro" es una unidad de medida de la longitud, y un "litro" es una unidad de m edida de volumen de un líquido, el pH es una medida de la acidez o de la alcalinidad de una sustancia>. Cuando, por ejemplo, decimos que el agua está a 91° Celsius expresamos exactamente lo caliente que está. No es lo mismo decir el agua está caliente a decir el agua está a 91 grados Celsius. De igual modo, no es lo mismo decir que el jugo del limón es ácido, a saber que su pH es 2,3, lo cual nos indica el grado exacto de acidez. Necesitamos ser específicos. Por lo tanto, la medición de la acidez y la alcalinidad es importante, pero ¿cómo está relacionado el pH con estas medidas? Escala de pH Los ácidos y las bases tienen una característica que permi te medirlos: es la concentración de los iones de hidrógeno (H+). Los ácidos fuertes tienen altas concentraciones de iones de hidrógeno y los ácidos débiles tienen concentrac iones bajas. El pH, entonces, es un valor numérico que expresa la concentración de iones de hidrógeno. Hay centenares de ácidos. Ácidos fuertes, como el ácido sulfúrico, que puede disolver los clavos de acero, y ácidos débiles, como el ácido bórico, que es b astante seguro de utilizar como lavado de ojos. Hay también muchas soluciones alcalinas, llamadas "bases", que pueden ser soluciones alcalinas suaves, como la Leche de Magnesia, que calman los trastornos del estómago, y las soluciones alcalinas fuertes, como la soda cáustica o hidróxido de sodio, que puede disolver el cabello humano.
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¿Qué es el pH?
Tal como el "metro" es una unidad de medida de la longitud, y un "litro" es una unidad de medida
de volumen de un líquido, el pH es una medida de la acidez o de la alcalinidad de una sustancia>.
Cuando, por ejemplo, decimos que el agua está a 91° Celsius expresamos exactamente lo caliente
que está. No es lo mismo decir el agua está caliente a decir el agua está a 91 grados Celsius.
De igual modo, no es lo mismo decir que el jugo del limón es ácido, a saber que su pH es 2,3, lo
cual nos indica el grado exacto de acidez. Necesitamos ser específicos.
Por lo tanto, la medición de la acidez y la alcalinidad es importante, pero ¿cómo está relacionado
el pH con estas medidas?
Escala de pH
Los ácidos y las bases tienen una característica que permite medirlos: es la concentración de los
iones de hidrógeno (H+). Los ácidos fuertes tienen altas concentraciones de iones de hidrógeno y
los ácidos débiles tienen concentraciones bajas. El pH, entonces, es un valor numérico que expresa
la concentración de iones de hidrógeno.
Hay centenares de ácidos. Ácidos fuertes, como el ácido sulfúrico, que puede disolver los clavos de
acero, y ácidos débiles, como el ácido bórico, que es bastante seguro de utilizar como lavado deojos. Hay también muchas soluciones alcalinas, llamadas "bases", que pueden ser soluciones
alcalinas suaves, como la Leche de Magnesia, que calman los trastornos del estómago, y las
soluciones alcalinas fuertes, como la soda cáustica o hidróxido de sodio, que puede disolver el
cabello humano.
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Los valores numéricos verdaderos para estas concentraciones de iones de hidrógeno marcan
fracciones muy pequeñas, por ejemplo 1/10.000.000 (proporción de uno en diez millones).
Debido a que números como este son incómodos para trabajar, se ideó o estableció una escala
única. Los valores leídos en esta escala se llaman las medidas del "pH".
ph2
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La escala pH está dividida en 14 unidades, del 0 (la acidez máxima) a 14 ( nivel básico máximo).
El número 7 representa el nivel medio de la escala, y corresponde al punto neutro. Los valores
menores que 7 indican que la muestra es ácida. Los valores mayores que 7 indican que la muestra
es básica.
La escala pH tiene una secuencia logarítmica, lo que significa que la diferencia entre una
unidad de pH y la siguiente corresponde a un cambio de potencia 10. En otras palabras, una
muestra con un valor pH de 5 es diez veces más ácida que una muestra de pH 6. Asimismo, una
muestra de pH 4 es cien veces más ácida que la de pH 6.
Cómo se mide el pH
Una manera simple de determinarse si un material es un ácido o una base es utilizar papel de
tornasol. El papel de tornasol es una tira de papel tratada que se vuelve color rosa cuando está
sumergida en una solución ácida, y azul cuando está sumergida en una solución alcalina.
Los papeles tornasol se venden con una gran variedad de escalas de pH. Para medir el pH,
seleccione un papel que dé la indicación en la escala aproximada del pH que vaya a medir. Si no
conoce la escala aproximada, tendrá que determinarla por ensayo y error, usando papeles que
cubran varias escalas de sensibilidad al pH.
Para medir el pH, sumerja varios segundos en la solución el papel tornasol, que cambiará de color
según el pH de la solución. Los papeles tornasol no son adecuados para usarse con todas las
soluciones. Las soluciones muy coloreadas o turbias pueden enmascarar el indicador de color.
El método más exacto y comúnmente más usado para medir el pH es usando un medidor de pH (o
pHmetro) y un par de electrodos. Un medidor de pH es básicamente un voltímetro muy sensible,
los electrodos conectados al mismo generarán una corriente eléctrica cuando se sumergen en
soluciones. Un medidor de pH tiene electrodos que producen una corriente eléctrica; ésta varía de
acuerdo con la concentración de iones hidrógeno en la solución.
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Equilibrio iónico del agua
El agua pura es un electrolito débil que se disocia en muy baja proporción en sus iones hidronio o
hidrógeno H3O+ (también escrito como H+) e hidróxido o hidróxilo OH.
De todos modos, dos moléculas polares de agua pueden ionizarse debido a las fuerzas de
atracción por puentes de hidrógeno que se establecen entre ellas.
Aunque lo haga en baja proporción, esta disociación del agua en iones, llamada ionización, serepresenta según la siguiente ecuación
La cual, resumiendo un poco queda como
O, más resumida aún, queda como
Al producto de la concentración de iones hidroxonio o hidronio (H3O+) por la concentración deiones hidróxido o hidroxilo (OH) se le denomina producto iónico del agua y se representa comoKw. Las concentraciones de los iones H+ y OH se expresan en moles / litro (molaridad).
Este producto tiene un valor constante igual a 1014 a 25º C, como se grafica en la siguienteecuación
Que es lo mismo
Debido a que en el agua pura por cada ion hidronio (o ion hidrógeno) hay un ion hidróxido (ohidroxilo), la concentración es la misma, por lo que:
De esta expresión se deduce que las concentraciones de hidronios (también llamada de protones)(H+) y de hidroxilos (OH-) son inversamente proporcionales; es decir, para que el valor de laconstante de disociación se mantenga como tal, el aumento de una de las concentraciones implicala disminución de la otra.
PSU: Química, Pregunta 12_2005
Ionización del agua y el Ph
El agua no es un líquido químicamente puro, ya que se trata de una solución iónica que siemprecontiene algunos iones H3O+ y OH.
(Ya vimos que se utiliza el símbolo H+, en lugar de H3O+).
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También ya mostramos el producto [H+][OH-]= 1014, que se denomina producto iónico delagua. Pues bien, ese valor constituye la base para establecer la escala de pH, que mide la acidez oalcalinidad de una disolución acuosa; es decir, su concentración de iones [H+] o [OH],respectivamente.
Recapitulemos sobre el pH
Repitamos el concepto: el pH es una medida de la acidez o alcalinidad de una solución. Lo que elpH indica exactamente es la concentración de iones hidronio (o iones hidrógeno) [H3O+] o solo[H+] presentes en determinadas sustancias.
La sigla pH significa "potencial de hidrógeno" (pondus Hydrogenii o potentia Hydrogenii; del latínpondus, = peso; potentia, = potencia; hydrogenium, = hidrógeno). Este término fue acuñado porel químico danés Sorensen, quien lo definió como el logaritmo negativo de base 10 de la actividadde los iones hidrógeno.
Desde entonces, el término "pH" se ha utilizado universalmente por lo práctico que resulta paraevitar el manejo de cifras largas y complejas. En disoluciones diluidas, en lugar de utilizar laactividad del ion hidrógeno, se le puede aproximar empleando la concentración molar del ionhidrógeno.
Por ejemplo, una concentración de [H3O+] = 1 × 107 M (0,0000001) es simplemente un pH de 7ya que: pH = log[107] = 7.
El pH típicamente va de 0 a 14 en disolución acuosa, siendo ácidas las disoluciones con pHmenores a 7 (el valor del exponente de la concentración es mayor, porque hay más protones en ladisolución), y alcalinas las que tienen pH mayores a 7. El pH = 7 indica la neutralidad de la
disolución (donde el disolvente es agua).
En la figura de abajo se señala el pH de algunas soluciones. En general hay que decir que la vida sedesarrolla a valores de pH próximos a la neutralidad.
Los organismos vivos no soportan variaciones del pH mayores de unas décimas de unidad y poreso han desarrollado a lo largo de la evolución mecanismos que mantienen el pH constante.
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Ionización
Adquisición de carga eléctrica por un átomo.La carga eléctrica negativa se adquiere por la ganancia de uno o varios electrones.La carga eléctrica positiva se adquiere por pérdida de uno o varios electrones de la envolturaelectrónica del átomo, que por tanto dejan de compensar las cargas positivas (protones) delnúcleo.Los elementos químicos como el cloro que tienden a dar iones negativos se dice que sonelectronegativos.Los elementos químicos como el sodio que tienden a dar iones positivos se dice que sonelectropositivos.
Ionización del agua y escala de pH
Si observas la figura siguiente, comprobarás que dos moléculas polares de agua pueden ionizarsedebido a las fuerzas de atracción por puentes de hidrogeno que se establecen entre ellas.
Un ion hidrogeno se disocia de su átomo de oxigeno de la molécula (unidos por enlace covalente),
y pasa a unirse con el átomo de oxígeno de la otra molécula, con el que ya mantenía relacionesmediante el enlace de hidrógeno.
Como vemos, el agua no es un líquido químicamente puro, ya que se trata de una solución iónicaque siempre contiene algunos iones H3O+ y OH- . (Se utiliza el símbolo H+, en lugar de H3O+).El producto [H+]·[OH-]= 10-14, se denomina producto iónico del agua, y constituye la base paraestablecer la escala de pH, que mide la acidez o alcalinidad de una disolución acuosa , es decir, suconcentración de iones [H+] o [OH-] respectivamente. Definimos el pH como:
pH=-log[H+]
El pH del agua es 7 y lo consideramos neutro. Valores mayores serán básicos o alcalinos y valoresmenores ácidos.
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Sistemas tampón o buffer
Los organismos vivos soportan muy mal las variaciones del pH, aunque tan solo se trate de unasdécimas de unidad, y por ello han desarrollado en la historia de la evolución sistemas tampón obuffer que mantienen el pH constante, mediante mecanismos homeostáticos. Las variaciones de
pH, afectan a la estabilidad de las proteínas y, en concreto, en la actividad catalítica de losenzimas, pues en función del pH, pueden generar cargas eléctricas que modifiquen su actividadbiológica.Los sistemas tampón que tienden a impedir la variación del pH cuando se añaden pequeñascantidades de iones H+ o OH- consisten en un par ácido-base conjugada que actúan como dador yaceptor de de protones, respectivamente. Podemos citar otros tampones biológicos, como son elpar carbonato-bicarbonato y el par monofosfato-bifosfáto. El pH normal de los fluidos corporalessuele oscilar alrededor de 7, Plasma sanguíneo7,4 ; Saliva:6,35-6,95 ; Orina 5,8; jugo gástrico:2,1etc.
La ionización del Agua
El agua se puede disociar en iones
El grado de ionización del agua es muy bajo. El producto iónico del agua a 25 es = [H+] × [OH-] =1 * 10-14.
El pH expresa la cantidad de iones H+. Se define como el logaritmo decimal del inverso a la
concentración de iones de hidrogeno:
Si el pH es menor de 7 es una disolución ácida (más [H+])
Si el pH es igual a 7 es una disolución neutra (igual [H+] que de [OH-])
Si el pH es mayor a 7 es una disolución básica (menos [H+])
Para regular el pH los organismos han desarrollado los sistemas tampón. Son un par ácido-baseque atrapa protones o libera protones según esté el pH. Hay dos sistemas tampón importantes:
· El tampón bicarbonato: mantiene el pH a 7,4. Si aumenta la concentración de protones en elmedio, estos se juntan al ion bicarbonato formando ácido carbónico y este se descompone endióxido de carbono y agua. Si lo que ocurre es la disminución de protones en el medio, se tomadióxido de carbono del medio del cual se liberan protones y forma un ion bicarbonato
· El tampón fosfato:
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