pH

Reacción de autoionización del agua.

El pH se define como el logaritmo negativo de base 10 de la actividad de los iones hidrógeno:

${\displaystyle {\mbox{pH}}=-\log _{10}{a}_{\rm {H^{+}}}}$

Se considera que p es un operador logarítmico sobre la concentración de una disolución p = –log[...]. También se define el pOH, como el logaritmo negativo de la concentración de iones hidróxido.

${\displaystyle \mathrm {pOH} =-\log _{10}{a}_{\rm {OH^{-}}}}$

Puesto que el agua está adulterada en una pequeña extensión en iones OH^– y H₃O⁺, se tiene:

${\displaystyle K_{\rm {w}}={\rm {[{H_{3}O}^{+}]\cdot [{OH}^{-}]=10^{-14}}}}$

Donde:

• ${\displaystyle K_{\rm {w}}}$ es una constante conocida como producto iónico del agua, que vale 10⁻¹⁴
• ${\displaystyle {\rm {[H_{3}O^{+}]}}}$ es la concentración de iones hidronio
• ${\displaystyle {\rm {[OH^{-}]}}}$ es la concentración de iones hidroxilo

Por lo tanto,

${\displaystyle \log K_{\rm {w}}=\log \mathrm {[H^{+}]} +\log \mathrm {[OH^{-}]} }$

${\displaystyle -14=\log \mathrm {[H^{+}]} +\log \mathrm {[OH^{-}]} }$

${\displaystyle 14=-\log \mathrm {[H^{+}]} -\log \mathrm {[OH^{-}]} }$

${\displaystyle {\rm {pH+pOH=14}}}$

Por lo que se pueden relacionar directamente los valores del pH y del pOH.

En disoluciones no acuosas o fuera de condiciones normales de presión y temperatura, un pH de 7 puede no ser el neutro. El pH al cual la disolución es neutra está relacionado con la constante de disociación del disolvente en el que se trabaje.

Dependiendo del pH del suelo, la hortensia (Hydrangea) puede poseer flores rosas o azules. En suelos ácidos (pH < 7) las flores son azules; en suelos básicos (pH > 7) son rosas.[6]

pH-metro. Instrumento para medir el pH de las disoluciones.

El valor del pH se puede medir de forma precisa mediante un potenciómetro, también conocido como pH-metro (/pe achímetro/ o /pe ache metro/), un instrumento que mide la diferencia de potencial entre dos electrodos: un electrodo de referencia (generalmente de plata/cloruro de plata) y un electrodo de vidrio que es sensible al ion de hidrógeno.

El pH de una disolución se puede medir también de manera aproximada empleando indicadores: ácidos o bases débiles que presentan diferente color según el pH. Generalmente se emplea un papel indicador, que consiste en papel impregnado con una mezcla de indicadores cualitativos para la determinación del pH. El indicador más conocido es el papel de litmus o papel tornasol. Otros indicadores usuales son la fenolftaleína y el naranja de metilo.

• A pesar de que muchos potenciómetros tienen escalas con valores que van desde 0 hasta 14, los valores de pH también pueden ser menores que 0 y mayores que 14. Por ejemplo el ácido clorhídrico es un ácido fuerte y muy soluble en agua que en una concentración de 10 M tiene pH de -1. Por contraste, el hidróxido de sodio 10 M tiene un pH de 15.
• A 25 °C, un pH igual a 7 es neutro, uno menor que 7 es ácido, y si es mayor que 7 es básico. A distintas temperaturas, el valor de pH neutro puede variar debido a la constante de equilibrio del agua: K_w.

La determinación del pH es uno de los procedimientos analíticos más importantes y más utilizados en química y bioquímica. El pH determina muchas características notables de la estructura y de la actividad de las moléculas, por lo tanto, del comportamiento de células y organismos.

El pH que es medido en el laboratorio, generalmente no es el mismo que el calculado mediante la ecuación: ${\displaystyle \mathrm {pH} =-\log[H^{+}]}$, porque el valor numérico de la concentración de iones hidrógeno, no es igual al valor de su actividad, excepto, para las disoluciones diluidas.

Inyección intravenosa. Las inyecciones contienen disoluciones reguladoras para mantener el pH del cuerpo humano, cuando se realiza una reacción química.

Diversas reacciones químicas que se generan en disolución acuosa necesitan que el pH del sistema se mantenga constante, para evitar que ocurran otras reacciones no deseadas. Las disoluciones reguladoras, amortiguadoras o búfer, son capaces de mantener la acidez o basicidad de un sistema dentro de un intervalo reducido de pH.

En 1917 Hasselbalch propuso la ecuación pertinente para calcular el pH de disoluciones amortiguadoras. La ecuación que postuló es la siguiente:[7]

${\displaystyle {\mbox{pH}}={\mbox{p}}K_{a}+\log \left({\rm {\frac {[base]}{[acido]}}}\right)}$

Además, se debe establecer la concentración total del par conjugado, ${\displaystyle C_{t}={\rm {{[base]}+{[acido]}}}}$ para fijar un valor de pH determinado.

Estas disoluciones contienen como especies predominantes, un par ácido/base conjugado en concentraciones apreciables. La capacidad reguladora que posea la disolución depende de la cantidad presente del ácido débil y su base débil conjugada, mientras mayor sea esta cantidad, mayor será la efectividad de dicha disolución. El que sean ácidos y bases débiles significa que actúan como electrólitos débiles, en pocas palabras, no se ionizan por completo en agua. La reacción de neutralización es una reacción entre un ácido y una base. Generalmente en las reacciones acuosas ácido-base se generan agua y una sal.

El organismo dispone de tres recursos para mantener el pH en valores compatibles con la vida:

1. Amortiguadores (disoluciones buffer).
2. Regulación pulmonar de la pCO₂: presión parcial de gas carbónico de un medio gaseoso (aire) o líquido (sangre). Normalmente es de 40 mm de Hg en el aire alveolar (paCO₂) y en la sangre arterial (paCO₂), y de 45 a 48 mm de Hg en la sangre venosa mezclada (pvCO₂). La pCO₂ de la sangre mide el CO₂ disuelto en el plasma sanguíneo.[8]
3. Reabsorción y excreción renal de bicarbonato y excreción de ácidos.[9]

Las variaciones de pH en nuestro organismo pueden modificar ciertos procesos fisiológicos, tal es el caso de la reacción enzimática. Cada enzima de nuestro cuerpo tiene un intervalo de pH, que comúnmente se le conoce como "pH óptimo", en el cual la enzima desarrolla su máxima actividad. Si esta se encuentra en condiciones fuera del pH óptimo, puede reducir su velocidad de activación, modificar su estructura, o lo que es peor, dejar de funcionar.[10]

Algo más cotidiano para nosotros son las inyecciones. Los fluidos que se emplean para preparar específicamente las inyecciones intravenosas, incluyen un sistema amortiguador para que la sangre mantenga su pH. Con todo esto se refleja la importancia de las disoluciones amortiguadoras, ya que sin estas, todas las reacciones químicas de los organismos, no podrían realizarse de manera eficaz.

Para obtener un indicador orgánico se puede utilizar col morada siguiendo estos pasos:

1. Cortar la col en tiras
2. En un mortero colocar la col morada y molerla
3. Colocar alcohol en la disolución
4. Filtrar la sustancia con un filtro de papel
5. Colocar sustancias en varios recipientes: bicarbonato de sodio, limón, pomelo, vinagre, agua o limpiador de horno
6. Agregar en cada recipiente el indicador

Si los resultados son los siguientes se extrajo el indicador con éxito:

La calidad del agua en una piscina depende directamente del pH, si no se le da mantenimiento puede provocar enfermedades.

El pH se relaciona mucho con la calidad del agua en las piscinas. Esto es así porque el cloro solo hace efecto si el pH del agua de la piscina está entre 6.5 y 8. Si el pH del agua es superior a 8 o inferior a 6.5, por más cloro que se añada este no actuará. Por ello es importante vigilar que el pH esté siempre entre 6.5 y 8. Esta previsión es clave para asegurar que la piscina permanezca en buen estado. Un pH de agua demasiado elevado (superior a 8) produce agua turbia, incrustaciones e irritación de ojos, orejas, nariz y garganta.

• Acidosis
• Alcalosis
• Anexo:Indicadores de pH
• Equilibrio químico
• pCO₂
• pKa
• pOH

• Calculadora de pH de disoluciones de 250 ácidos y bases, sus sales y mezclas, en inglés o portugués.
• pH para adultos.
• Calculadora de pH en línea (en inglés).