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Significado del pH

pH del agua

pH del agua.

El pH es una medida de la concentración de iones hidrógeno (H+) en una solución acuosa. El término proviene del latín pondus hydrogenii (“cantidad de hidrógeno”). No solo nos enfocaremos al pH del agua, si no que hablaremos del pH en general.

Más adelante se muestra que la concentración de iones hidrógeno tiene una relación directa con la concentración de iones hidróxido (OH), por lo que el pH también es una medida de la concentración de estos últimos.

Cuando un electrolito de disuelve en agua, genera un catión y un anión.  

El agua también se disocia y lo hace en menor o mayor grado, dependiendo de los electrolitos disueltos en ella.

Originalmente se creía que la reacción de equilibrio que representaba la disociación del agua era:

H2O  ? H+ +  OH 

H+ es el ion hidrógeno, y OH es el ion hidróxido. Hoy sabemos que la reacción es:

2 H2O  ? H3O+  + OH 

H3O+ es el ion hidronio, y OH es el ion hidróxido. Para fines prácticos, aún en la actualidad, cuando hacemos referencia al ion hidrógeno, en realidad se trata del ion hidronio. Conforme a esta costumbre, a partir de este punto, llamaremos ion hidrógeno a lo que realmente es el ion hidronio.

La mayoría de las reacciones de disociación alcanzan un equilibrio químico. Cuando este se alcanza, al producto de la concentración de los iones formados (en términos de concentración molar) se le llama “constante de equilibrio de la reacción”. Para el caso del agua:

Kw = [H+] [OH ]

Kw es la constante de equilibrio de la reacción. Para agua totalmente pura y a 25°C, la concentración molar de iones hidrógeno (en gmol/L) es:

[H+] = 1 x 10-7

Y la concentración molar de iones hidróxido es:

[OH ] = 1 x 10-7

Por lo tanto:

Kw =  [H+] [OH]  =  1 x 10-14           (1)

Esta relación se cumple, aunque el agua en cuestión contenga iones hidrógeno o iones hidróxido provenientes de electrolitos disueltos que se le han agregado. 

 

Por lo tanto, si la concentración del ion hidrógeno disminuye, la concentración del ion hidróxido aumenta en una proporción tal que el producto de ambas concentraciones sigue siendo 1×10-14 a 25°C.

Ya que los valores numéricos de las concentraciones de iones hidrógeno o de iones hidróxido en una solución suelen ser números muy pequeños, el químico Søren Sørensen propuso el pH como como unidad de medida de la concentración de iones hidrógeno en soluciones acuosas:

pH = – log [H+]

El agua se comporta de manera que el rango de valores que puede tener el pH es de 0 a 14.

Para medir la concentración del ion hidróxido, se puede definir el pOH como:

pOH = -log [OH ]

Es válido obtener el valor negativo del logaritmo de cada sumando que compone la ecuación (1):

-log Kw =  -log[H+] – log[OH]  =  -log(1 x 10-14)

-log Kw  =  -log[H+] – log[OH]  =  14

De la definición de pH y de pOH, se puede inferir que:

pKw  =  pH + pOH  =  14

Existen equipos capaces de medir el pH, llamados potenciómetros. Considerando la definición del pH, al aumentar la concentración de iones hidrógeno en el agua, disminuye el pH y al aumentar la concentración de iones hidróxido, aumenta el pH.

También puede observarse que, si disminuye el pH en una unidad, aumentó la concentración de iones hidrógeno 10 veces. En un agua con pH de 5, la concentración de iones hidrógeno es 100 veces mayor que en un agua de pH 7.

Lo mismo aplica hacia el lado opuesto: en un agua con pH de 13, la concentración de iones hidróxido es 100 veces mayor que en un agua con pH de 11.

Como se mencionó anteriormente, Kw depende de la temperatura. Si se mide el pH de una solución acuosa a 25°C y se hace otra medición a esta misma agua a  50°C, el valor del pH será distinto. La siguiente tabla muestra valores de pKw en función de la temperatura.

Cambios de la constante pKw en función de la temperatura

Temperatura (°C)
pKw = – log[Kw]
0
14.93
5
14.73
10
14.53
15
14.35
20
14.17
25
14.00
30
13.83
50
13.26

 

Ejemplos de aplicación del pH

  1. Con pipeta volumétrica, agregamos 10 ml de ácido sulfúrico (H2SO4) al 98% en un matraz aforado de 1 litro. Aforamos con agua destilada y desgasificada. La temperatura del laboratorio es de 20°C. ¿Qué pH tendrá la solución?

Respuesta:

Densidad del H2SO4 al 98% a 20°C: 1.84 g/cm3.

Masa de H2SO4  al 98% agregado = 10 cm3 x 1.84 g/cm3 = 18.4 g.

Cuando se reportan porcentajes en líquidos o en sólidos, si no se hace alguna aclaración, se habla de % en peso. Por lo tanto, la masa de ácido sulfúrico puro agregado al matraz es:

 

 

 

Convertimos a mol, dividiendo entre la masa molar del H2SO4 (98 g/mol):

 

 

 

Concentración molar de la solución obtenida: 0.184 mol H2SO4/L.

Los ácidos fuertes, como el sulfúrico, se disocian totalmente en agua. Por lo tanto, todo el hidrógeno que forma parte de este ácido quedará como ion. De esto, la concentración de hidrógeno en la solución será:

 

 

 

 

 

2. Se tiene un agua con un pH de 13.7. Se sabe que se obtuvo, mezclando una solución de sosa (NaOH) líquida al 50% con agua destilada y desgasificada. La temperatura es de 25°C. ¿Cuál es la concentración de sosa en la solución, en términos de mg de NaOH/L?

Respuesta:

 pH = 13.7

A 25°C,

pH + pOH = 14.0

pOH = 14 – pH = 14 – 13.7

pOH = 0.3

pOH = -log [OH]

 

 

 

Medidor de pH

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