Acidez, pH y su medición
Después de un almuerzo con mucho ají, Camila toma un poco de leche de magnesia porque le arde el estómago. Su jugo gástrico es muy ácido y la leche de magnesia es básica. ¿Cómo se puede poner un número a «qué tan ácido» es algo? ¿Y por qué una diferencia de pocas unidades en ese número es enorme? Eso lo responde el pH.
Qué es el pH
Toda solución acuosa contiene iones hidronio, $\mathrm{H_3O^+}$. Cuanto más hay por litro, más ácida es. El problema es que sus concentraciones son números muy pequeños, como $0{,}000001\ \mathrm{mol/L}$. Para no escribir tantos ceros, se usa una escala logarítmica: el pH.
A $25\ ^\circ\mathrm{C}$ la escala se interpreta así:
| Tipo de solución | pH | $[\mathrm{H_3O^+}]$ |
|---|---|---|
| Ácida | menor que 7 | mayor que $10^{-7}\ \mathrm{mol/L}$ |
| Neutra | igual a 7 | $10^{-7}\ \mathrm{mol/L}$ |
| Básica | mayor que 7 | menor que $10^{-7}\ \mathrm{mol/L}$ |
¿Por qué el signo menos? Porque las concentraciones son potencias de 10 con exponente negativo. El logaritmo da un número negativo y el signo lo vuelve positivo: es más cómodo decir «pH 3» que «logaritmo −3».
Define qué es el pH y señala qué intervalo de valores de pH corresponde a una solución ácida, a una neutra y a una básica, a $25\ ^\circ\mathrm{C}$.
Define qué es el pH y señala qué intervalo de valores de pH corresponde a una solución ácida, a una neutra y a una básica, a $25\ ^\circ\mathrm{C}$.
Mateo mide el pH de tres líquidos en el laboratorio del colegio: el jugo de limón tiene pH 2, el agua pura tiene pH 7 y una solución de jabón tiene pH 10. Ordénalos de…
Mateo mide el pH de tres líquidos en el laboratorio del colegio: el jugo de limón tiene pH 2, el agua pura tiene pH 7 y una solución de jabón tiene pH 10. Ordénalos de más ácido a más básico e indica cuál es neutro.
Calcular el pH
Cuando la concentración es una potencia de 10 exacta, el pH es el exponente sin el signo: si $[\mathrm{H_3O^+}]=1\times10^{-3}\ \mathrm{mol/L}$, el pH es 3.
Para pasar del pH a la concentración se hace al revés:
$$[\mathrm{H_3O^+}]=10^{-\mathrm{pH}}$$Una solución tiene una concentración de iones hidronio $[\mathrm{H_3O^+}] = 1 \times 10^{-3}\ \mathrm{mol/L}$. Calcula su pH e indica si es ácida, neutra o básica.
Una solución tiene una concentración de iones hidronio $[\mathrm{H_3O^+}] = 1 \times 10^{-3}\ \mathrm{mol/L}$. Calcula su pH e indica si es ácida, neutra o básica.
El jugo gástrico de una persona sana tiene un pH cercano a 2. Calcula la concentración de iones $\mathrm{H_3O^+}$ en mol/L. Luego compara esa concentración con la de una…
El jugo gástrico de una persona sana tiene un pH cercano a 2. Calcula la concentración de iones $\mathrm{H_3O^+}$ en mol/L. Luego compara esa concentración con la de una solución de pH 5 y expresa cuántas veces mayor es la del jugo gástrico.
Doménica prepara 0,50 L de una solución de $\mathrm{HCl}$ de concentración $0{,}010\ \mathrm{mol/L}$ para una práctica de laboratorio. Suponiendo que el $\mathrm{HCl}$…
Doménica prepara 0,50 L de una solución de $\mathrm{HCl}$ de concentración $0{,}010\ \mathrm{mol/L}$ para una práctica de laboratorio. Suponiendo que el $\mathrm{HCl}$ se ioniza por completo, calcula el pH de la solución y la cantidad de sustancia (en mol) de $\mathrm{HCl}$ que contiene.
Bases, pOH y la relación pH + pOH
Las soluciones básicas tienen iones hidróxido, $\mathrm{OH^-}$. Para ellos se define el pOH:
$$\mathrm{pOH}=-\log[\mathrm{OH^-}]$$En agua, a $25\ ^\circ\mathrm{C}$, los dos iones están ligados: cuando uno aumenta, el otro disminuye, y se cumple
Por eso, para una base fuerte se calcula primero el pOH y luego el pH.
Una solución de $\mathrm{NaOH}$ tiene una concentración de $1 \times 10^{-2}\ \mathrm{mol/L}$ y se ioniza por completo. Calcula el pOH y el pH de la solución a…
Una solución de $\mathrm{NaOH}$ tiene una concentración de $1 \times 10^{-2}\ \mathrm{mol/L}$ y se ioniza por completo. Calcula el pOH y el pH de la solución a $25\ ^\circ\mathrm{C}$, sabiendo que $\mathrm{pH} + \mathrm{pOH} = 14$. Indica si es ácida o básica.
Cómo se mide el pH
En el laboratorio del colegio hay tres formas habituales de medir la acidez:
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Papel indicador universal: se moja una tira en la solución y cambia de color. Se compara con una escala de colores. Es rápido, pero poco preciso.
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Indicadores: sustancias que cambian de color según el pH, como la fenolftaleína (incolora en medio ácido, rosada en medio básico) o el extracto de col morada, que puedes preparar en casa.
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pH-metro: un electrodo que mide directamente y da un valor con decimales. Es el más exacto y hay que calibrarlo con soluciones de pH conocido.
Medir el pH importa en la vida diaria: el cloro de las piscinas y del agua potable funciona mejor en cierto rango de pH, la agricultura (los suelos del páramo suelen ser ácidos) ajusta el pH con cal, y el estómago mantiene su pH bajo para digerir los alimentos.
Mateo mide el pH de tres líquidos en el laboratorio del colegio: el jugo de limón tiene pH 2, el agua pura tiene pH 7 y una solución de jabón tiene pH 10. Ordénalos de…
Mateo mide el pH de tres líquidos en el laboratorio del colegio: el jugo de limón tiene pH 2, el agua pura tiene pH 7 y una solución de jabón tiene pH 10. Ordénalos de más ácido a más básico e indica cuál es neutro.
Neutralización y el pH del estómago
Cuando un ácido reacciona con una base se neutraliza: se forma una sal y agua. Si el estómago tiene exceso de $\mathrm{HCl}$ (acidez), un antiácido como la leche de magnesia, $\mathrm{Mg(OH)_2}$, lo neutraliza:
$$\mathrm{Mg(OH)_2}+2\,\mathrm{HCl}\rightarrow\mathrm{MgCl_2}+2\,\mathrm{H_2O}$$Fíjate en los coeficientes: 1 mol de $\mathrm{Mg(OH)_2}$ neutraliza 2 mol de $\mathrm{HCl}$.
Joel mide el pH de dos productos de su casa: un jugo de naranja con pH 3 y una leche de magnesia con pH 10. Calcula la concentración de $\mathrm{H_3O^+}$ en cada uno,…
Joel mide el pH de dos productos de su casa: un jugo de naranja con pH 3 y una leche de magnesia con pH 10. Calcula la concentración de $\mathrm{H_3O^+}$ en cada uno, determina cuántas veces es mayor la concentración de $\mathrm{H_3O^+}$ en el jugo que en la leche de magnesia, y explica por qué una diferencia de solo siete unidades de pH representa un cambio tan grande en la acidez.
Un antiácido contiene $\mathrm{Mg(OH)2}$ y se usa para neutralizar el exceso de $\mathrm{HCl}$ en el estómago. Suponiendo que un paciente tiene $0{,}10$ L de jugo…
Un antiácido contiene $\mathrm{Mg(OH)_2}$ y se usa para neutralizar el exceso de $\mathrm{HCl}$ en el estómago. Suponiendo que un paciente tiene $0{,}10$ L de jugo gástrico con pH 1 (de modo que $[\mathrm{H_3O^+}] = 0{,}10\ \mathrm{mol/L}$), escribe la ecuación balanceada de la neutralización, calcula la cantidad de sustancia de $\mathrm{HCl}$ presente y la cantidad de sustancia de $\mathrm{Mg(OH)_2}$ necesaria para neutralizarlo por completo. Explica por qué no conviene que un antiácido eleve el pH del estómago hasta valores muy básicos.
Un cambio pequeño, un efecto enorme
Joel compara un jugo de naranja (pH 3) con la leche de magnesia (pH 10). Solo son siete unidades de diferencia, pero:
$$\frac{[\mathrm{H_3O^+}]_{\text{jugo}}}{[\mathrm{H_3O^+}]_{\text{leche}}}=\frac{10^{-3}}{10^{-10}}=10^{7}=10.000.000$$El jugo tiene diez millones de veces más iones hidronio. Cada unidad de pH multiplica o divide por 10, y siete unidades son $10^7$. Por eso el pH comprime un rango gigantesco de concentraciones en una escala de 0 a 14.
Vuelve al principio: el jugo gástrico de Camila (pH cercano a 2) tiene unas $10^{5}$ veces más iones hidronio que el agua pura, y la leche de magnesia lo neutraliza al aportar iones hidróxido que reaccionan con ellos.