Escala de pH y pOH

¿Qué es la escala de pH?

Sin embargo, se acostumbra a utilizar el pH para medir la acidez de una disolución. Fue propuesto por Sörensen quien definió el pH como el “logaritmo del inverso de la concentración de iones hidronio contenidos en una disolución”.   La escala de pH sirve para medir la acidez y basicidad de disoluciones de agua pura neutra, ácida y básica. Su principio Químico se basa en la concentración relativa de iones hidrógeno (H⊕) e hidroxilo (HO⊖) y se emplea principalmente en Química, Biología y ciencias del suelo. Los términos pH y pOH se usan ampliamente y son claves para la medición química, biológica y de la salud del suelo al traducir los valores de la concentración de iones hidrógeno o hidroxilo o usar papel indicador de pH. S.P.L. Sørensen inventó o utilizó por primera vez el término conocido como escala o gráfico de pH para medir la concentración de iones hidrógeno [H⊕] e hidroxilo [HO⊖] en una disolución de agua pura de ácido y base. Sørensen define el pH de manera absoluta como el potencial del hidrógeno y equivale al logaritmo inverso de la actividad o concentración del ion hidrógeno contenidos en una disolución. Por consiguiente, pH = -log aH⊕ , que también se puede expresar como  aH⊕ = 10 – pH. Cuando la disolución está muy diluida, aH⊕ = [H⊕], es decir la actividad es prácticamente igual a la concentración de los iónes hidrógeno. Por lo tanto: pH = – log [H⊕] La definición de Sørensen se utiliza como cálculo matemático sencillo del valor de escala de pH y pOH, pero en la práctica usamos el un instrumento como papel indicador o medidor de pH para la determinación de los valores.

tabla escala de pH acidez basicidad color pH pOH [H+] [OH-]

¿Qué es la escala de pOH?

En la enseñanza de la Química, el valor de concentración del ion hidroxilo [HO⊖] representa el término conocido como escala pOH en lugar de pH. Por tanto: pOH = -log[HO⊖] Como la anterior ecuación utiliza logaritmos decimales, si una disolución presenta un pH = 1 y la acidez de dicha solución disminuye 100 veces, el rango de la escala de pH aumenta en dos unidades. De la misma forma, cuando el ion hidroxilo desciende dos unidades, los valores de pOH disminuyen de 13 a 11. Escala de pH: acidez Una vez vistos los conceptos básicos de la escala de pH, se puede diferenciar entre disoluciones de agua pura neutra, ácida y básica en función de las concentraciones relativas de dichos iones [H⊕] e hidroxilo [HO⊖] o valores de escala de pH. El nivel de acidez significa la lectura del valor de la tabla de escala de pH y pOH de la disolución de agua pura neutra, ácida o alcalina en química (que se muestra en la Figura). La tabla de escala de pH y la pOH definen el nivel de acidez o basicidad.

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Disociación del agua

Una solución neutra o solución de agua pura, es decir, la solución donde las concentraciones de iones de hidrógeno e hidroxilo son iguales. Por lo tanto, [H⊕] = [HO⊖] = 10-7 M En consecuencia, la expresión anterior se puede expresar de la siguiente manera a partir de las definiciones de pH y pOH: pH = pOH = 7 significca que este rango o nivel de escala explica que la solución de agua neutra tiene el mismo valor de pH y pOH e implica que su valor es 7. En una solución ácida las concentraciones del ion hidrógeno son mayores que las del ion hidroxilo [H⊕] > [HO⊖]. De esta manera,  es equivalente a decir que pH < 7 y a que pOH > 7. A partir de esta ecuación, el rango de escala de pH de una solución de agua pura ácida se encuentra entre uno y menos de siete, y el rango de pOH está entre más de siete y catorce. Pero en solución alcalina o básica, la concentración de hidrógeno es menor que la del ion hidroxilo o [HO⊖] < [H⊕] . Por consiguiente, se puede expresar también como pOH < 7 y pH >  7.

Valor del producto iónico del agua pura

La molécula de agua se ioniza débilmente para formar un ácido conjugado (protón) y una base (ión hidroxilo) en disolución. De esta manera, siempre habrá un equilibrio entre el protón y los iones hidroxilo en la molécula de agua.

H2O  ⇄  H⊕  +  HO⊖

Esta reacción de equilibrio para la disociación del agua presenta un valor de constante de equilibrio:

k × [H2O] = [H⊕] × [HO⊖]

donde [H2O], [H⊕] y [HO⊖] son las concentraciones de agua, protones e iones hidroxilo, respectivamente. Pero en cualquier disolución acuosa diluida, la concentración de agua es igual a 55.5 moles/litro, y puede tomarse como constante. Por consiguiente:

k × [H2O] = Kw = [H⊕] × [HO⊖]

donde Kw es igual al producto iónico del agua. Las reacciones químicas en las que el sistema absorbe un calor específico del entorno se conocen como reacciones endotérmicas en termodinámica. Un calor o energía específicos (13.7 kcal) se absorbe del entorno para la ionización del agua. Por lo tanto, de acuerdo con el principio de Le-Chatelier, el aumento de la temperatura facilitará la disociación y dará valores más altos de Kw. El producto de hidrógeno e ion hidroxilo tiene una constante que tiene el valor 10-14. Así, de la definición de Sørensen, se deduce que pH + pOH = 14, y de ahí que pOH = 14 – pH. Por lo que dicha escala de pH varía de 0 a 14.     pH de disolución de agua pura

Ejemplos de medida de valores en la escala de pH

El ácido sulfúrico provoca lluvia ácida, es un ácido diprótico. La molaridad del ácido sulfúrico = 2 × molaridad de la disolución de ácido sulfúrico. Por lo tanto, los ácidos sulfúricos de escala de acidez 0.1 M y 0.2 N son iguales. Por lo tanto, el valor de la escala de pH en Química representa ácidos sulfúricos 0.1 M o 0.2 N = – log [H⊕] = -log (0.2) = 0.699.

El ácido clorhídrico es un electrolito fuerte y está completamente disociado en la solución. Por lo tanto, el valor de pH medido de la solución de ácido clorhídrico (HCl) 0.02 M = – log [H⊕] = -log (2 × 10-3) = (3 – log 2) = 2.7.

El ácido acético es un ácido orgánico débil y la concentración de iones de hidrógeno en el ácido acético es 0.02 M. Por lo tanto, el valor de pH medido se define para 0.002 ácido acético (CH3COOH) = – log [H⊕] = -log (2 × 10-4) = 3.7.

  • Para el agua pura (H2O):

La concentración de protones e ión hidroxilo, o escala de pH, en agua pura, ha sido definida por el producto iónico del agua. El producto iónico del agua pura es igual a 14 y la concentración de hidrógeno e hidroxilo son iguales. Por tanto,

Kw = [H⊕] × [HO⊖] = 10-7 × 10-7 = 10-14

De esta manera se describen el nivel de escala de pH de la solución de agua pura. Esta ecuación muestra que la concentración de protones e iones hidroxilo son inversamente proporcionales entre sí. Para mantener Kw constante, si la concentración de iones de protones aumenta 100 veces, los iones hidroxilo disminuye 100 veces. (H2O) = – log [H⊕] = -log (10-7) = 7.

Resumen

A los rangos de pH, pOH, y concentraciones de iones hidrógeno e hidroxilo, se les asigna un color que se pueden resumir en la siguiente figura.

Referencias