Contenido
- La definición de la escala de pH
- El propósito de la escala de pH
- Ejemplos de sustancias ácidas
- Ejemplos de sustancias alcalinas
- Mezcla de ácido y álcali
- Cómo medir el pH
Puede saber que el nivel de pH del agua pura es 7, el pH del vinagre es de aproximadamente 3 y el pH del hidróxido de sodio es de alrededor de 13, pero ¿qué significan realmente estos números? Le dicen cuán ácida o alcalina es una solución acuosa (a base de agua), en una escala de 0 a 14. Esta escala se conoce como la escala de pH, donde el pH es la abreviatura de "poder del hidrógeno".
La definición de la escala de pH
Cuando sumerge ácidos y álcalis en solución, liberan iones libres. En una solución a base de agua, un ácido libera hidrógeno positivo (H+) iones mientras un álcali libera hidróxido negativo (OH-) unos. Esto significa que cuando un ácido se disuelve en agua, el equilibrio entre los iones de hidrógeno y los iones de hidróxido cambia, lo que da como resultado más iones de hidrógeno que iones de hidróxido en la solución (una solución ácida). El equilibrio también cambia cuando un álcali se disuelve en agua, pero de la manera opuesta. En este caso, la solución termina con más iones de hidróxido que iones de hidrógeno (una solución alcalina).
La escala de pH mide qué tan fuerte es un ácido o álcali. Si está en el punto medio de la escala, se considera neutral: la concentración de iones de hidrógeno es igual a la concentración de iones de hidróxido.
La definición de pH es el logaritmo negativo de la concentración de iones de hidrógeno. El bioquímico danés Søren Peter Lauritz Sørensen fue responsable de este término, que creó en 1909 como abreviatura de "poder del hidrógeno". "P" significa la palabra alemana para potencia (potenz), y H es el símbolo del elemento para el hidrógeno.
A Sørensen se le ocurrió la siguiente ecuación para calcular el pH:
pH = -log
Log es el logaritmo de base 10 y representa la concentración de iones de hidrógeno en unidades de moles por litro de solución.
El propósito de la escala de pH
La escala de pH va de 0 a 14, donde 7 es un pH neutro, cualquier cosa por debajo de 7 es ácida y algo por encima de 7 es alcalino (a veces denominado básico). La escala de pH es logarítmica, lo que significa que cada valor completo por debajo de 7 es 10 veces más ácido que el valor más alto, y cada valor entero por encima de 7 es 10 veces menos ácido que el valor más bajo. Por ejemplo, un pH de 2 es 10 veces más ácido que un pH de 3 y 100 veces más ácido que un pH de 4. En otras palabras, cuanto más fuerte es el ácido, menor es el número de pH y más fuerte es el álcali. mayor el número de pH.
Pequeños cambios en el pH pueden tener grandes efectos. Por ejemplo, la lluvia ácida, que generalmente tiene un pH de 4.2 a 4.4, es más de 10 veces más ácida que la lluvia limpia, que generalmente tiene un pH de 5.6.
Una sustancia con un pH de 1 a 2 se considera un ácido fuerte, mientras que una con un pH de 13 a 14 es un álcali fuerte. Si un ácido es muy fuerte, puede tener un pH negativo, mientras que las bases muy fuertes pueden tener un pH superior a 14. Una sustancia que no es ácida ni alcalina, como el agua pura, es neutral. La sangre humana tiene un pH ligeramente superior al neutro de aproximadamente 7,4.
Solo las soluciones acuosas tienen niveles de pH, lo que significa que los productos químicos, incluidos algunos líquidos, no tienen valores de pH. Por ejemplo, el alcohol puro, el aceite vegetal y la gasolina no tienen un nivel de pH.
Ejemplos de sustancias ácidas
Las soluciones ácidas tienen más iones de hidrógeno que las soluciones alcalinas o neutras. Los ácidos también tienen un sabor agrio y reaccionan muy fuertemente a los metales. Cuando se concentran, pueden ser muy corrosivos. Algunos ácidos comunes incluyen jugo de naranja, vinagre, limones y ácido sulfúrico.
Ejemplos de sustancias alcalinas
Las soluciones alcalinas tienen menos iones de hidrógeno que las soluciones o ácidos neutros o ácidos. Las bases tienden a sentirse resbaladizas y generalmente tienen un sabor amargo. Al igual que los ácidos, los álcalis fuertes pueden quemar la piel. Algunas bases comunes incluyen amoníaco, lejía, bicarbonato de sodio, agua jabonosa, lejía y leche de magnesia.
Mezcla de ácido y álcali
Si mezcla cantidades iguales de un ácido fuerte y un álcali fuerte, los dos productos químicos se anulan mutuamente y el resultado es una sal y agua. Mezclar las mismas cantidades de un ácido fuerte y un álcali fuerte también produce una solución de pH neutro. Esto se conoce como una reacción de neutralización y se ve así:
HA + BOH → BA + H2O + calor
Por ejemplo, la reacción entre el ácido fuerte HCl (ácido clorhídrico) y el fuerte alcalino NaOH (hidróxido de sodio) es:
HCl + NaOH → NaCl + H2O + calor
Esta reacción produce cloruro de sodio (sal de mesa). Si tuviera más ácido que álcali en la reacción, no todo el ácido reaccionaría, por lo que el resultado sería sal, agua y ácido sobrante, y la solución aún sería ácida (con un pH inferior a 7). Sin embargo, si tuviera más álcali que ácido, quedarían restos de álcali y la solución final seguiría siendo alcalina (con un pH superior a 7).
Debido a que la mezcla se calienta durante la reacción, la neutralización se conoce como reacción exotérmica. La neutralización se usa para muchas cosas. Los agricultores pueden usar cal (óxido de calcio) para neutralizar los suelos ácidos. Puede usar levadura en polvo, que contiene hidrogenocarbonato de sodio, para neutralizar una picadura de abeja ácida.
Algo similar sucede cuando uno o ambos reactivos son débiles. Un ácido o álcali débil no se disocia completamente en agua, por lo que puede haber restos de reactivos al final de la reacción, que afectan el pH. Además, es posible que no se cree agua porque la mayoría de los álcalis débiles no son hidróxidos, por lo que no hay nada de OH- necesario para hacer agua.
Cómo medir el pH
Puede medir el nivel de pH de una solución de diferentes maneras. El método más simple consiste en tiras de prueba de pH, que están hechas de un papel especial llamado papel tornasol. Este es un papel de filtro que ha sido tratado con colorantes hechos de líquenes. Este papel cambia de color cuando entra en contacto con un ácido o alcalino. Cuando se coloca en una solución ácida, el papel tornasol azul se vuelve rojo, y cuando se coloca en una solución alcalina, el papel tornasol rojo se vuelve azul. (Como era de esperar, cuando el papel tornasol azul se coloca en una solución neutra, permanece azul, y cuando el papel tornasol rojo se coloca en una solución neutra, permanece rojo).
Algunas tiras de prueba de pH contienen barras indicadoras en las que cada color cambia según la solución a la que está expuesta la tira. Cuando cubra la tira de prueba con su solución (en un recipiente limpio) durante unos segundos y luego la retire, puede comparar el final de la tira de prueba con la tabla de colores que recibió con el papel para determinar el nivel de pH de las soluciones.
Otra forma de medir el pH requiere una sonda y un medidor. Antes de usar estas herramientas, debe calibrar el medidor probándolo en una sustancia con un nivel de pH conocido (como agua destilada con un pH de 7). Después de haber realizado los ajustes necesarios al medidor, y enjuagar y secar la sonda y el medidor, puede realizar su prueba de pH en su muestra líquida en un recipiente limpio lo suficientemente profundo como para cubrir completamente la punta de la sonda. Verifique la temperatura de la muestra con un termómetro y asegúrese de que el medidor coincida con esta temperatura. Coloque la sonda en su muestra y espere a que la medición se vuelva constante (esto significa que el medidor ha alcanzado el equilibrio) antes de registrar el nivel de pH.