pH
El pH es una medida de acidez o alcalinidad de una disolución. El pH indica la concentración de iones hidronio [H3O+] presentes en determinadas sustancias.
La sigla significa ‘potencial hidrógeno’, ‘potencial de hidrógeno’ o ‘potencial de hidrogeniones’ (pondus hydrogenii o potentia hydrogenii; del latín pondus, n. = peso; potentia, f. = potencia; hydrogenium, n. = hidrógeno). Este término fue acuñado por el químico danés S. P. L. Sørensen (1868-1939), quien lo definió como el opuesto del logaritmo en base 10 (o el logaritmo del inverso) de la actividad de los iones hidrógeno. Esto es:
![\mbox{pH} = -\log_{10} \left[ \mbox{a}_{H^+} \right]](https://upload.wikimedia.org/math/e/8/4/e848c73dfb8ed8216892207b39eacc2d.png){kind=small}
Desde entonces, el término “pH” se ha utilizado universalmente por lo práctico que resulta para evitar el manejo de cifras largas y complejas. En disoluciones diluidas, en lugar de utilizar la actividad del ion hidrógeno, se le puede aproximar empleando la concentración molar del ion hidrógeno.
Por ejemplo, una concentración de [H3O+] = 1 × 10–7 M (0,0000001) es simplemente un pH de 7, ya que pH = –log[10–7] = 7
En disolución acuosa, la escala de pH varía, típicamente, de 0 a 14. Son ácidas las disoluciones con pH menores que 7 (el valor del exponente de la concentración es mayor, porque hay más iones en la disolución) y alcalinas las de pH superiores a 7. Si el disolvente es agua, el pH = 7 indica neutralidad de la disolución.
En productos de aseo y limpieza se suele usar la expresión “pH neutro”. En este caso la neutralidad hace referencia a un nivel de pH 5,5. Debido a las características de la piel humana, cuyo pH es 5,5, se indica neutralidad de pH en este tipo de productos que están destinados a entrar en contacto con la piel para destacar su no agresividad. Si se aplicaran productos de pH 7 a la piel se produciría una variación del pH cutáneo con posibles consecuencias negativas.
Definición
El pH se define como el logaritmo negativo de base 10 de la actividad de los iones hidrógeno:
Se considera que p es un operador logarítmico sobre la concentración de una solución p = –log[…]. También se define el pOH, que mide la concentración de iones OH−.
Puesto que el agua está adulterada en una pequeña extensión en iones OH– y H3O+, se tiene:
K (constante)w (water; agua) = [H3O+]·[OH–] = 10–14, donde [H3O+] es la concentración de iones hidronio, [OH−] la de iones hidroxilo, y Kw es una constante conocida como producto iónico del agua, que vale 10−14.
Por lo tanto,
log Kw = log [H3O+] + log [OH–]
–14 = log [H3O+] + log [OH–]
14 = –log [H3O+] – log [OH–]
pH + pOH = 14
Por lo que se pueden relacionar directamente los valores del pH y del pOH.
En disoluciones no acuosas, o fuera de condiciones normales de presión y temperatura, un pH de 7 puede no ser el neutro. El pH al cual la disolución es neutra está relacionado con la constante de disociación del disolvente en el que se trabaje.
Medición del pH
El valor del pH se puede medir de forma precisa mediante un potenciómetro, también conocido como pH-metro (/pe achímetro/ o /pe ache metro/), un instrumento que mide la diferencia de potencial entre dos electrodos: un electrodo de referencia (generalmente de plata/cloruro de plata) y un electrodo de vidrio que es sensible al ion de hidrógeno.
El pH de una disolución se puede medir también de manera aproximada empleando indicadores: ácidos o bases débiles que presentan diferente color según el pH. Generalmente se emplea papel indicador, que consiste en papel impregnado con una mezcla de indicadores cualitativos para la determinación del pH. El indicador más conocido es el papel de litmus o papel tornasol. Otros indicadores usuales son la fenolftaleína y el naranja de metilo.
- A pesar de que muchos potenciómetros tienen escalas con valores que van desde 1 hasta 14, los valores de pH también pueden ser aún menores que 1 o aún mayores que 14. Por ejemplo el ácido de batería de automóviles tiene valores cercanos de pH menores que uno. Por contraste, elhidróxido de sodio 1 M varía de 13,5 a 14.
- A 25 °C, un pH igual a 7 es neutro, uno menor que 7 es ácido, y si es mayor que 7 es básico. A distintas temperaturas, el valor de pH neutro puede variar debido a la constante de equilibrio del agua (kw).
La determinación del pH es uno de los procedimientos analíticos más importantes y más usados en ciencias tales como química, bioquímica y química de suelos. El pH determina muchas características notables de la estructura y de la actividad de las biomacromoléculas y, por tanto, del comportamiento de células y organismos.
En 1909, el químico danés Sørensen definió el potencial de hidrógeno (pH) como el logaritmo negativo de la concentración molar (más exactamente de la actividad molar) de los iones hidrógeno.
![\operatorname{pH} = -\log[H^+] \,\!](https://upload.wikimedia.org/math/c/d/f/cdf3c4d8eec7935eb81b2b2a96edef02.png){kind=small}
Solución búfer
Diversas reacciones químicas que se generan en solución acuosa necesitan que el pH del sistema se mantenga constante, para evitar que ocurran otras reacciones no deseadas. Las soluciones reguladoras, o búfer, son capaces de mantener la acidez o basicidad de un sistema dentro de un intervalo reducido de pH.
Estas soluciones contienen, como especies predominantes, un par ácido/base conjugado en concentraciones apreciables. La reacción de neutralización es una reacción entre un ácido y una base. Generalmente en las reacciones acuosas ácido-base se generan agua y una sal.
El organismo dispone de tres recursos para mantener el pH en valores compatibles con la vida:
- Amortiguadores (soluciones búfer).
- Regulación pulmonar de la pCO2: presión parcial de gas carbónico de un medio gaseoso (aire) o líquido (sangre). Normalmente es de 40 mm de Hg en el aire alveolar (paCO2) y en la sangre arterial (paCO2), y de 45 a 48 mm de Hg en la sangre venosa mezclada (pvCO2). La pCO2 de la sangre mide el CO2 disuelto en el plasma sanguíneo.
- Reabsorción y excreción renal de bicarbonato y excreción de ácidos.
pH de algunas sustancias
- Piel humana: 5,5
- Leche: 6,5
- Sangre: entre 7,35 y 7,45 aproximadamente, en condiciones normales.
- Detergentes: 10,5 aproximadamente.
- Zumo de limón: 2.
Para obtener un indicador orgánico se puede utilizar repollo morado siguiendo estos pasos:
- Cortar la col en tiras.
- En un mortero colocar la col morada y molerla.
- Colocar alcohol en la disolución.
- Filtrar la sustancia con un filtro de papel.
- Colocar sustancias en varios recipientes como: bicarbonato de sodio, limón, pomelo, vinagre, agua o limpiador de horno.
- Agregar en cada recipiente el indicador.
Si los resultados son los siguientes se extrajo el indicador con éxito:
- Vinagre: color rosado (sustancia ácida)
- Bicarbonato de sodio: color verde (sustancia alcalina)
- Pomelo: color fucsia (sustancia ácida)
- Alcohol: color verde azulado (sustancia alcalina)
- Limpiador de horno: color amarillento (sustancia alcalina)
- Limón: color fucsia (sustancia ácida)
- Agua: color violeta (sustancia neutra)