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Ácidos y bases · Propiedades de ácidos y bases

Escala de pH y pOH

Valentina recoge agua de lluvia en Bogotá y otra muestra del páramo de Chingaza. Las dos parecen agua limpia, pero una es mucho más ácida que la otra. ¿Cómo se mide la acidez y por qué una diferencia de 2 unidades en una escala puede significar 100 veces más ácido? Al final de la página lo resolvemos.

Ácido, neutro o básico

Una solución es ácida cuando tiene más iones hidronio ($H^+$) que iones hidróxido ($OH^-$). Es básica cuando pasa lo contrario. Y es neutra cuando tiene la misma cantidad de ambos, como el agua pura.

El jugo de limón y el vinagre son ácidos. El bicarbonato y el jabón son básicos. El agua destilada es neutra.

La escala de pH va de 0 a 14 a 25 °C:

Escala de pH de 0 a 14: ácido de 0 a 7, neutro en 7, básico de 7 a 14. 0 3 7 10 14 ÁCIDO NEUTRO BÁSICO
pH Tipo de solución Ejemplo
menor que 7 ácida jugo de limón, vinagre
igual a 7 neutra agua pura
mayor que 7 básica bicarbonato, jabón
Practica★☆☆Sin empezar
La escala de pH va de 0 a 14 a 25 °C. Indica si una disolución es ácida, neutra o básica en cada caso: a) $pH = 3$ b) $pH = 7$ c) $pH = 11$ Explica en una frase qué…

La escala de pH va de 0 a 14 a 25 °C. Indica si una disolución es ácida, neutra o básica en cada caso:

  1. a) $pH = 3$
  2. b) $pH = 7$
  3. c) $pH = 11$

Explica en una frase qué valor de pH corresponde al agua pura.

Resolver

Indicadores: la acidez en colores

Un indicador es una sustancia que cambia de color según el medio. Es la forma cualitativa de reconocer ácidos y bases.

Indicador Medio ácido Medio neutro Medio básico
Papel tornasol azul se vuelve rojo sin cambio (azul) sin cambio (azul)
Papel tornasol rojo sin cambio (rojo) sin cambio (rojo) se vuelve azul
Fenolftaleína incolora incolora rosado fucsia
Repollo morado (indicador natural) rojo o rosado morado verde o amarillo

El papel indicador universal y el pH-metro dan un valor numérico: son más precisos que un cambio de color simple.

Practica★☆☆Sin empezar
Camilo prepara en el laboratorio de su colegio tres tubos de ensayo con jugo de limón, agua destilada y una disolución de bicarbonato de sodio. Le agrega a cada uno unas…

Camilo prepara en el laboratorio de su colegio tres tubos de ensayo con jugo de limón, agua destilada y una disolución de bicarbonato de sodio. Le agrega a cada uno unas gotas de papel tornasol azul y rojo. Explica qué color esperas que tome el papel tornasol azul en el jugo de limón y qué color esperas que tome el papel tornasol rojo en la disolución de bicarbonato.

Resolver
Practica★★☆Sin empezar
En una práctica de laboratorio, Mateo usa el indicador fenolftaleína, que es incoloro en medio ácido o neutro y se vuelve rosado fucsia en medio básico. Agrega unas…

En una práctica de laboratorio, Mateo usa el indicador fenolftaleína, que es incoloro en medio ácido o neutro y se vuelve rosado fucsia en medio básico. Agrega unas gotas a tres vasos: uno con vinagre, uno con agua destilada y uno con una disolución de $NaOH$.

  1. a) Predice el color que tendrá cada vaso y justifica tu respuesta.
  2. b) Explica por qué la fenolftaleína no permite distinguir entre el vinagre y el agua destilada y qué otro método usarías para diferenciarlos.
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Calcular el pH

Para medir con números se usa la concentración de iones hidronio, $[H^+]$, en mol/L. Son valores muy pequeños, como $0{,}001$ o $0{,}0000001$. Por eso se usa una escala logarítmica:

Si la concentración es una potencia de 10, $1 \times 10^{-n}$, el pH es simplemente $n$. El signo menos hace que los pH sean positivos.

Relación entre la concentración de H⁺ y el pH: cada paso de una unidad de pH divide la concentración entre 10. [H⁺] = 10⁻¹ 10⁻³ 10⁻⁷ pH = 1 pH = 3 pH = 7

También se puede hacer al revés: si $pH = 5$, entonces $[H^+] = 10^{-5}$ mol/L.

Practica★☆☆Sin empezar
Una disolución de ácido clorhídrico tiene una concentración de iones hidronio $[H^+] = 1 \times 10^{-2}$ mol/L. Usando la fórmula $pH = -\log[H^+]$, calcula el pH de la…

Una disolución de ácido clorhídrico tiene una concentración de iones hidronio $[H^+] = 1 \times 10^{-2}$ mol/L. Usando la fórmula $pH = -\log[H^+]$, calcula el pH de la disolución e indica si es ácida o básica.

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Practica★★☆Sin empezar
Isabella mide el pH de cuatro líquidos de su casa y anota los resultados: | Líquido | pH | |---|---| | Jugo de naranja | 3 | | Agua de la llave | 7 | | Leche de magnesia…

Isabella mide el pH de cuatro líquidos de su casa y anota los resultados:

Líquido pH
Jugo de naranja 3
Agua de la llave 7
Leche de magnesia 10
Limpiador con amoníaco 12
  1. a) Ordena los líquidos de más ácido a más básico.
  2. b) ¿Cuántas veces es mayor la concentración de $H^+$ en el jugo de naranja que en el agua de la llave? Explica cómo lo calculaste.
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pOH y la relación pH + pOH = 14

Las bases se describen mejor con los iones hidróxido, $[OH^-]$. Se define de forma parecida:

¿Por qué suman 14? En el agua pura hay 10⁻⁷ mol/L de $H^+$ y 10⁻⁷ mol/L de $OH^-$. A 25 °C, el producto de las dos concentraciones siempre vale $10^{-14}$. Si una sube, la otra baja, y los exponentes suman 14.

Practica★★☆Sin empezar
Una disolución de hidróxido de sodio $NaOH$ tiene una concentración de iones hidróxido $[OH^-] = 1 \times 10^{-3}$ mol/L a 25 °C. a) Calcula el pOH de la disolución. b)…

Una disolución de hidróxido de sodio $NaOH$ tiene una concentración de iones hidróxido $[OH^-] = 1 \times 10^{-3}$ mol/L a 25 °C.

  1. a) Calcula el pOH de la disolución.
  2. b) Usa la relación $pH + pOH = 14$ para calcular su pH.
  3. c) Indica si la disolución es ácida o básica.
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Una escala logarítmica: de 10 en 10

Cada unidad de pH cambia la concentración de $H^+$ 10 veces. Una diferencia de 2 unidades son $10 \times 10 = 100$ veces; de 3 unidades, 1.000 veces.

Para comparar dos soluciones, calcula la diferencia de pH y eleva 10 a ese número.

Esto cierra el gancho: el agua de Valentina cerca de la zona industrial, con pH 4, tiene 100 veces más $H^+$ que la del páramo, con pH 6.

Diluir un ácido

Al agregar agua, el $H^+$ se reparte en más volumen y su concentración baja. Si diluyes 100 veces, $[H^+]$ baja 100 veces y el pH sube 2 unidades. Como el agua tiene pH 7, la solución se acerca a 7 pero nunca lo pasa: el agua no puede volver básico un ácido.

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Una muestra de agua de lluvia recogida cerca de una zona industrial tiene $pH = 4$, mientras que una muestra recogida en el páramo de Chingaza tiene $pH = 6$. a) Calcula…

Una muestra de agua de lluvia recogida cerca de una zona industrial tiene $pH = 4$, mientras que una muestra recogida en el páramo de Chingaza tiene $pH = 6$.

  1. a) Calcula la concentración de $H^+$ en cada muestra.
  2. b) Determina cuántas veces es más ácida la primera muestra que la segunda y explica por qué una diferencia de solo 2 unidades de pH representa un cambio tan grande.
  3. c) Calcula el pOH de cada muestra a 25 °C.
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Natalia tiene 1 litro de una disolución de ácido clorhídrico con pH = 2. Quiere obtener una disolución con pH = 4 agregando agua destilada. a) Calcula la concentración…

Natalia tiene 1 litro de una disolución de ácido clorhídrico con pH = 2. Quiere obtener una disolución con pH = 4 agregando agua destilada.

  1. a) Calcula la concentración de $H^+$ inicial y la final deseada.
  2. b) Determina cuántas veces debe diluirse la disolución y qué volumen total tendrá al final.
  3. c) Argumenta por qué agregar agua a un ácido aumenta su pH, pero nunca lo lleva por encima de 7.
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Resumen

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