PH significa hidrógeno potencial con la «p» que significa potencial y la «H» que significa hidrógeno. La escala de pH es una escala que se utiliza para clasificar la basicidad o acidez relativa de las sustancias con respecto a otras, basándose en la cantidad de actividad de los iones de hidrógeno en una sustancia.
La escala es de naturaleza logarítmica, lo que significa que cada valor entero de pH representa un cambio de 10 veces el valor anterior. La escala de pH se basa en el pH 7, que es neutro y representa sustancias que no son ni ácidos ni bases.
La base de la escala de pH
Incluso si no está íntimamente familiarizado con los conceptos de ácidos y bases, seguro que está expuesto a ellos. Las sustancias básicas son cosas como el bicarbonato de sodio, mientras que las sustancias ácidas son cosas como el zumo de naranja y la soda. Las sustancias se clasifican como básicas o ácidas en función de la concentración de iones de hidrógeno que tenga la sustancia. La H del pH representa el nivel de actividad de los iones de hidrógeno en una solución determinada. Así que es posible definir las soluciones ácidas y básicas de esta manera:
Una solución ácida es una solución con niveles de iones de hidrógeno superiores a la cantidad encontrada en el agua pura (que está en el siete neutro). Una solución básica, por el contrario, tiene una concentración de iones de hidrógeno inferior a la del agua.
Dado que el agua pura funciona como punto neutro en la escala de pH, veamos las propiedades del agua y situémosla en el contexto de los iones de hidrógeno. La ionización del agua se refiere a cómo un pequeño porcentaje de las moléculas de agua en una determinada cantidad de agua generará espontáneamente iones de hidrógeno al disociarse, o dividirse en partículas más pequeñas. Esto se denomina a veces autoionización. El proceso de autoionización produce el mismo número de iones de hidróxido (OH-) y de hidrógeno (H+). Tenga en cuenta que los iones de hidrógeno suelen unirse directamente a una molécula de agua cercana para formar hidronio (H3O+). Esto significa que en realidad no hay un montón de iones de hidrógeno flotando en el agua. Sin embargo, los científicos siguen utilizando la ionización del agua y los iones de hidrógeno que producen como una forma de crear una escala que permita comparar los niveles de hidrógeno en otras soluciones. Los iones de hidróxido típicamente sólo flotan dentro de la solución, a diferencia de los iones de hidrógeno.
En términos del número de iones de hidrógeno producidos a través de la autoionización, la cantidad es igual a 1 x 10^-7 M (asumiendo que es agua pura). La notación se refiere a moles por litro de agua. El número de moléculas de agua ionizada es un porcentaje increíblemente pequeño del número total de moléculas de agua que se encuentran en cualquier cantidad de agua pura.
Soluciones ácidas y soluciones básicas
Ahora que hemos establecido un punto de referencia para la basicidad y la acidez de las soluciones, podemos discutir cómo se definen los ácidos y las bases. Las soluciones ácidas son aquellas que tienen una concentración de H+ mayor que la del agua pura, mientras que las soluciones básicas son aquellas que tienen una concentración de H+ menor que la del agua pura. Para decirlo de otra manera:
Base = concentración de H+ < 1 x 10^-7 M
Ácido = concentración de H+ > 1 x 10^-7 M
La concentración de iones de hidrógeno dentro de una solución se suele dar en términos de pH, que se calcula como el logaritmo inverso de la concentración de iones de hidrógeno para esa solución dada.
pH = -log10
Por lo tanto, si introducimos la concentración de iones de hidrógeno del agua en esta fórmula obtendremos un valor de 7,0, o el pH neutro en la escala de pH. Como puede adivinar, las sustancias formadas principalmente por agua, como el citosol de las células o la sangre del cuerpo humano, tienen valores de pH muy cercanos al siete neutro. Los ácidos y las bases pueden añadirse a una solución a base de agua, alejando la concentración de esa solución del punto de pH neutro. Las bases suelen elevar el nivel de pH mediante la introducción de hidróxido en el medio, que recoge los iones de hidrógeno y los extrae de la solución. Por su parte, las sustancias ácidas son las que aumentan la concentración de iones hidrógeno al disociarse e introducir uno de sus átomos de hidrógeno en la solución.
Cuanto más potente sea el ácido, más rápido se degradará y liberará H+. Un ejemplo de ácido fuerte es el HCl, que al combinarse con el agua se disocia rápida y completamente en iones de cloruro e hidrógeno. Por el contrario, los ácidos débiles como el vinagre no se disocian completamente. Una sustancia de base fuerte libera iones de hidróxido capaces de absorber H+ cuando se encuentra en el agua, degradándose completamente como lo hará una sustancia ácida fuerte. Un ejemplo de una base fuerte es el hidróxido de sodio.
Fuerza de la escala de pH
Como se mencionó anteriormente, la escala de pH ayuda a clasificar varias composiciones químicas en términos de su basicidad (también llamada alcalinidad) y su acidez. Su naturaleza logarítmica significa que por cada aumento de una unidad de pH que se produzca, se multiplican por diez las concentraciones de H+. Aunque hay algunas sustancias que pueden quedar fuera del intervalo de pH de 0 a 14, la mayoría de las soluciones se encuentran dentro de este intervalo y, por lo tanto, la escala de pH se suele representar como si fuera de 0 a 14, siendo las sustancias básicas cualquier valor por encima de siete y las sustancias ácidas cualquier valor por debajo de 7 neutro.
Las sustancias que se encuentran en los extremos de la escala de pH, ya sean sustancias extremadamente básicas o extremadamente ácidas, pueden ser bastante perjudiciales para la materia orgánica, causando un daño sustancial a las células. Tanto las sustancias extremadamente básicas como las extremadamente ácidas pueden ser de naturaleza corrosiva, dañando los tejidos de las personas. El pH de la solución, así como la cantidad de solución a la que uno se expone y el tiempo que se expone a ella, son factores que determinan cuánto daño hará la sustancia. Quizá haya notado que el ácido gástrico, su ácido estomacal, es una sustancia altamente ácida. ¿Cómo se protege su cuerpo de este ácido? Hay ciertas células estomacales creadas específicamente para actuar como barrera entre el ácido gástrico y las demás células del cuerpo, que se crean y sacrifican constantemente.
Ejemplos
Algunos ejemplos de soluciones comunes y los valores de pH que poseen son:
- Leche – ligeramente ácida con un valor de pH de alrededor de 6,5.
- Lluvia – ligeramente ácida con un valor de pH de alrededor de 5,5.
- Café – ligeramente ácido con un valor de pH de alrededor de 4.8.
- Jugo de tomate – ligeramente ácido con un ph de alrededor de 3.0
- Ácido de batería – altamente ácido con un ph de alrededor de 1.0.
- Sangre – ligeramente básica con un ph de alrededor de 7.3
- Agua de mar – ligeramente básica con un ph de alrededor de 8.0.
- Bicarbonato de sodio – ligeramente básico con un ph de alrededor de 8.0.
- Leche de magnesia – moderadamente básica con un ph de alrededor de 10.6
- Ley – Muy básica con un ph de alrededor de 13.5