pH (Potencial de Hidrógeno)

pH (Potencial de Hidrógeno). Son ácidas las disoluciones con pH menores que 7 (el valor del exponente de la concentración es mayor, porque hay más iones hidrógeno en la disolución). Por otro lado, las disoluciones alcalinas tienen un pHsuperior a 7. La disolución se considera neutra cuando su pH es igual a 7, por ejemplo el agua. El pH (potencial de hidrógeno) es una medida de la acidez o alcalinidad de una disolución que indica la concentración de iones hidronio [H₃O⁺] presentes en una disolución:

pH = – log [H3O+]

También se emplea el pOH = – log [OH^–] para medir la concentración de iones OH⁻.

Teniendo en cuante que K_w = [H₃O⁺] · [OH^–] = 10^–14, podemos obtener la siguiente fórmula:

pH + pOH= 14

La medida del pH es un valor que va desde 0 (máxima acidez) hasta 14 (máxima basicidad). Se considera que una disolución es neutra cuando [H₃O⁺] = [OH^–], es decir, cuando el pH = 7. Por lo tanto:

pH < 7 → disolución ácida pH > 7 → disolución básica

Nota: las siglas de pH significan «potencial de hidrógeno». Este término fue acuñado por el químico danés Sørensen, quien lo definió como el logaritmo negativo en base 10 de la actividad de los iones hidrógeno.

Ejemplos de pH:

• pH (ácido clorhídrico HCl 1M) = 0
• pH (ácido de una batería) = 0-1
• pH (ácido gástrico) = 1,5
• pH (vinagre o limón) = 2,6
• pH (refresco de cola) = 3
• pH (café) = 5
• pH (leche) = 6
• pH (agua) = 7
• pH (sangre) = 7,4
• pH (agua de mar) = 8
• pH (jabón) = 9-10
• pH (lejía) = 13
• pH (hidróxido de sodio NaOH 1M) = 14

Ejemplos de Cálculo del pH:

• Ejemplo 1: calcular el pH de una disolución 0,5 N de hidróxido de sodio NaOH.
  • Al ser una base fuerte todo el NaOH se disocia completamente:

  • NaOH	→	Na+	+	OH–
    0,5		0,5		0,5

  • pOH = -log [OH^–] = -log [0,5] = 0,3
  • pH= 14 -pOH= 14 – 0,3= 13,4

  
  

• Ejemplo 2: calcular el pH de una disolución 0,5 N de amoníaco NH₃ con K_b= 1,8 · 10^-5.
  • Al ser una base débil la reacción de disociación en equilibrio es:

    NH3 + H2O	↔	NH4+	+	OH–
    0,5-x		x		x

    Kb =	[NH4+] [OH–]	=	x2	= 1,8 · 10-5
    	[NH3] .		0,5 – x .

  • • x² / 0,5 = 1,8 · 10^-5
    • x² = 3,6 · 10^-5
    • x = 6 · 10^-3 N
    • [OH^–] = x = 3 · 10^-3 N
  • pOH = -log [OH^–] = -log [3 · 10^-3] = 2,5
• • pH= 14 – pOH= 14 – 2,5= 11,5
• • Suponemos que x es despreciable frente a 0,5, entonces:

• Ejemplo 3: calcular el pH de una disolución de ácido nítrico HNO₃ 3,8·10^-4 M.
  • Al ser un ácido fuerte todo el HNO₃ se disocia:
    [H₃O⁺] = 3,8 · 10^-4 M

  • HNO3+H2O	→	H3O+	+	NO3–
    3,8·10-4		3,8·10-4		3,8·10-4

  • pH = – log [H₃O⁺] = – log [3,8 · 10^-4] = 3,42

Ejercicios de pH:

Ejercicio 1: Calcular el pH de una disolución 0,02 M de un ácido débil HA con K_a= 3,0 · 10^-6.

Ejercicio 2:  Calcular el pH y el pOH de cada una de las siguientes disoluciones:

• Solución de HNO₃ 0,035 M
• Solución de H₂SO₄ 0,1 M

Solución Ejercicio de pH:
Ejercicio 1: Calcular el pH de una disolución 0,02 M de un ácido débil HA con K_a= 3,0 · 10^-6.

• Al ser una ácido débil la reacción de disociación en equilibrio es:

  HA	↔	H+	+	A–
  0,02-x		x		x

  Ka =	[A–] [H+]	=	x2	= 3,0 · 10-6
  	[HA] .		0,02 – x .

• Suponemos que x es despreciable frente a 0,02, entonces:

• • x² / 0,02 = 3,0 · 10^-6
  • x² = 6 · 10^-8
  • x = 2,45 · 10^-4 M
  • [H⁺] = x = 2,45 · 10^-4 M

• pH = – log [H⁺]

• pH = – log (2,45 · 10^-4 M)

• pH = 3,61

Ejercicio 2:  Calcular el pH y el pOH de cada una de las siguientes disoluciones:

• Solución de HNO₃ 0,035 M

• • Al ser un ácido fuerte, el HNO₃ se disocia completamente:

  • HNO3+H2O	→	H3O+	+	NO3–
    0,035		0,035		0,035

• • [H₃O⁺] = 0,035
  • pH = – log [H₃O⁺]
  • pH = – log [0,035]
  • pH = 1,46
  • pOH = 14 – pH = 12,54

• Solución de H₂SO₄ 0,1 M

• • Al ser un ácido fuerte, el H₂SO₄ se disocia completamente:

  • H2SO4_+_2_H2O	→	2 H3O+	+	SO4-2
    0,1		2 · 0,1		0,1

• [H₃O⁺] = 2 · 0,1 = 0,2
• pH = – log [H₃O⁺]
• pH = – log [0,04]
• pH = 1,4
• pOH = 14 – pH = 12,6