pH

El pH de una solución es una medida de la concentración molar de iones de hidrógeno en la solución y, como tal, es una medida de la acidez o la basicidad de la solución. Las letras pH vienen de "potencia de hidrógeno" y el valor numérico se define como el negativo del logaritmo en base 10 de la concentración molar de los iones de hidrógeno.

La medición del pH de una muestra, se puede realizar mediante la medición del potencial de célula de la muestra respecto de un electrodo de hidrógeno estándar, como en el procedimiento aceptado para la medición de potenciales de electrodo estándar. Este procedimiento dará un valor de cero, para una solución 1 molar de iones H⁺, de modo que eso define el cero de la escala de pH. El potencial de célula para cualquier otro valor de concentración de H⁺ se puede obtener con el uso de la ecuación de Nernst. Para una solución a 25°C esto da

o

En esta expresión, se hizo un cambio de base de logaritmo natural a logaritmo en base 10 en la ecuación de Nernst.

En la práctica, el pH no se mide generalmente de esta manera, ya que requiere de gas hidrógeno a presión estándar, y el electrodo de platino utilizado en el electrodo de hidrógeno estándar falla fácilmente por la presencia de otras sustancias en la solución (Ebbing). Afortunadamente, se pueden calibrar otras configuraciones prácticas de electrodos, para leer la concentración de iones H+. Los medidores de laboratorio de pH se hacen a menudo con un electrodo de vidrio, que consiste en un alambre de plata recubierto con cloruro de plata sumergido en ácido clorhídrico diluido. La solución de electrodo se separa de la solución a ser medida, por una membrana delgada de vidrio. El potencial que se desarrolla a través de esa membrana de vidrio, se puede demostrar que es proporcional a las concentraciones de iones de hidrógeno sobre las dos superficies. En el instrumento de medición, se hace una célula con el otro electrodo, siendo normalmente un electrodo de cloruro de mercurio-mercurio. El potencial de célula es entonces linealmente proporcional al pH y el medidor puede ser calibrado para leer el pH directamente.

Ejemplos de Valores de pH

El pH de una solución es una medida de la concentración molar de iones de hidrógeno en la solución y, como tal, es una medida de la acidez o la basicidad de la solución. Las letras pH vienen de "potencia de hidrógeno" y el valor numérico se define como el negativo del logaritmo en base 10 de la concentración molar de los iones H⁺.

El rango normal de valores de pH encontrados es de 0 a 14, siendo 0 el valor del ácido clorhídrico concentrado (HCl 1 M), 7 el valor para el agua pura (pH neutro), y 14 el valor del hidróxido de sodio concentrado (NaOH 1 M). Es posible conseguir un pH de -1 con HCl 10 M, pero se trata de un límite práctico de acidez. En el otro extremo, una solución 10 M de NaOH tendría un pH de 15.

En el agua pura, la concentración molar de iones de H⁺ es de 10^-7 M y la concentración de iones OH^-, tambien es 10^-7 M. En realidad, si se mira en detalle, es más preciso clasificar las concentraciones, como las de [H₃O]⁺ y [OH]^-. El producto de las concentraciones de iones positivos y negativos es 10^-14 en cualquier solución acuosa a 25°C.

Un ejemplo importante de pH es el de la sangre. Su valor nominal de pH = 7,4 es regulado con gran precisión por el cuerpo. Si el pH de la sangre se va fuera del rango de 7,35 a 7,45, los resultados pueden ser graves e incluso mortales.

Si se mide el pH del agua del grifo con un medidor de pH, es posible sorprenderse de lo lejos que está de un pH de 7, a causa de las sustancias disueltas en el agua. Para obtener un pH cercano a 7, se necesita agua destilada.

Los medidores del pH pueden dar valores numéricos precisos, pero se pueden obtener valores aproximados con diferentes indicadores. El papel tornasol rojo y azul ha sido uno de los indicadores comunes. El papel tornasol rojo se vuelve azul a un pH básico de alrededor de 5, y el papel de tornasol azul se vuelve rojo a un pH ácido de alrededor de 8. Ninguno cambia de color si el pH es casi neutro. El tornasol es un compuesto orgánico derivado de los líquenes.

La fenolftaleína es también un indicador común, siendo incolora en solución con pH por debajo de 8, y cambiando a un color rosa para un pH por encima de 8.

Medición de la Concentración de Iones

Se han desarrollado métodos para la medición de las concentraciones de los diversos tipos de iones, utilizando los potenciales de células electroquímicas especiales. Si se forma una celda voltaica con dos tipos diferentes de electrodos metálicos, se obtiene un potencial de célula característico en condiciones normales, donde los electrolitos se encuentran en concentración estándar 1 molar. Si las concentraciones de iones son diferentes de 1 M, entonces, hay un cambio en el potencial de célula descrito por la ecuación de Nernst. La medición de ese cambio es, en esencia, una medida de la concentración de iones, y puede ser explotada para ese propósito.

Quizás la más conocida es la medición de pH que es una medida de la concentración de iones H⁺. Se han desarrollado otros electrodos selectivos de iones para la medición de K⁺, Ca⁺, Mg⁺, NH₄⁺, etc. Ebbing cita un ejemplo de electrodo especializado diseñado para medir la concentración de urea, un no electrólito. Para hacer esto, se recubre un electrodo sensible a la concentración del NH₄⁺ con un gel que contiene ureasa, una enzima que cataliza la descomposición de la urea, produciendo iones de amonio. Luego, se puede calibrar la concentración de NH₄⁺ medida, en términos de la concentración de urea en la solución.