pH

El pH de una soluci�n es una medida de la concentraci�n molar de iones de hidr�geno en la soluci�n y, como tal, es una medida de la acidez o la basicidad de la soluci�n. Las letras pH vienen de "potencia de hidr�geno" y el valor num�rico se define como el negativo del logaritmo en base 10 de la concentraci�n molar de los iones de hidr�geno.

La medici�n del pH de una muestra, se puede realizar mediante la medici�n del potencial de c�lula de la muestra respecto de un electrodo de hidr�geno est�ndar, como en el procedimiento aceptado para la medici�n de potenciales de electrodo est�ndar. Este procedimiento dar� un valor de cero, para una soluci�n 1 molar de iones H⁺, de modo que eso define el cero de la escala de pH. El potencial de c�lula para cualquier otro valor de concentraci�n de H⁺ se puede obtener con el uso de la ecuaci�n de Nernst. Para una soluci�n a 25�C esto da

o

En esta expresi�n, se hizo un cambio de base de logaritmo natural a logaritmo en base 10 en la ecuaci�n de Nernst.

En la pr�ctica, el pH no se mide generalmente de esta manera, ya que requiere de gas hidr�geno a presi�n est�ndar, y el electrodo de platino utilizado en el electrodo de hidr�geno est�ndar falla f�cilmente por la presencia de otras sustancias en la soluci�n (Ebbing). Afortunadamente, se pueden calibrar otras configuraciones pr�cticas de electrodos, para leer la concentraci�n de iones H+. Los medidores de laboratorio de pH se hacen a menudo con un electrodo de vidrio, que consiste en un alambre de plata recubierto con cloruro de plata sumergido en �cido clorh�drico diluido. La soluci�n de electrodo se separa de la soluci�n a ser medida, por una membrana delgada de vidrio. El potencial que se desarrolla a trav�s de esa membrana de vidrio, se puede demostrar que es proporcional a las concentraciones de iones de hidr�geno sobre las dos superficies. En el instrumento de medici�n, se hace una c�lula con el otro electrodo, siendo normalmente un electrodo de cloruro de mercurio-mercurio. El potencial de c�lula es entonces linealmente proporcional al pH y el medidor puede ser calibrado para leer el pH directamente.

Ejemplos de Valores de pH

El pH de una soluci�n es una medida de la concentraci�n molar de iones de hidr�geno en la soluci�n y, como tal, es una medida de la acidez o la basicidad de la soluci�n. Las letras pH vienen de "potencia de hidr�geno" y el valor num�rico se define como el negativo del logaritmo en base 10 de la concentraci�n molar de los iones H⁺.

El rango normal de valores de pH encontrados es de 0 a 14, siendo 0 el valor del �cido clorh�drico concentrado (HCl 1 M), 7 el valor para el agua pura (pH neutro), y 14 el valor del hidr�xido de sodio concentrado (NaOH 1 M). Es posible conseguir un pH de -1 con HCl 10 M, pero se trata de un l�mite pr�ctico de acidez. En el otro extremo, una soluci�n 10 M de NaOH tendr�a un pH de 15.

En el agua pura, la concentraci�n molar de iones de H⁺ es de 10^-7 M y la concentraci�n de iones OH^-, tambien es 10^-7 M. En realidad, si se mira en detalle, es m�s preciso clasificar las concentraciones, como las de [H₃O]⁺ y [OH]^-. El producto de las concentraciones de iones positivos y negativos es 10^-14 en cualquier soluci�n acuosa a 25°C.

Un ejemplo importante de pH es el de la sangre. Su valor nominal de pH = 7,4 es regulado con gran precisi�n por el cuerpo. Si el pH de la sangre se va fuera del rango de 7,35 a 7,45, los resultados pueden ser graves e incluso mortales.

Si se mide el pH del agua del grifo con un medidor de pH, es posible sorprenderse de lo lejos que est� de un pH de 7, a causa de las sustancias disueltas en el agua. Para obtener un pH cercano a 7, se necesita agua destilada.

Los medidores del pH pueden dar valores num�ricos precisos, pero se pueden obtener valores aproximados con diferentes indicadores. El papel tornasol rojo y azul ha sido uno de los indicadores comunes. El papel tornasol rojo se vuelve azul a un pH b�sico de alrededor de 5, y el papel de tornasol azul se vuelve rojo a un pH �cido de alrededor de 8. Ninguno cambia de color si el pH es casi neutro. El tornasol es un compuesto org�nico derivado de los l�quenes.

La fenolftale�na es tambi�n un indicador com�n, siendo incolora en soluci�n con pH por debajo de 8, y cambiando a un color rosa para un pH por encima de 8.

Medici�n de la Concentraci�n de Iones

Se han desarrollado m�todos para la medici�n de las concentraciones de los diversos tipos de iones, utilizando los potenciales de c�lulas electroqu�micas especiales. Si se forma una celda voltaica con dos tipos diferentes de electrodos met�licos, se obtiene un potencial de c�lula caracter�stico en condiciones normales, donde los electrolitos se encuentran en concentraci�n est�ndar 1 molar. Si las concentraciones de iones son diferentes de 1 M, entonces, hay un cambio en el potencial de c�lula descrito por la ecuaci�n de Nernst. La medici�n de ese cambio es, en esencia, una medida de la concentraci�n de iones, y puede ser explotada para ese prop�sito.

Quiz�s la m�s conocida es la medici�n de pH que es una medida de la concentraci�n de iones H⁺. Se han desarrollado otros electrodos selectivos de iones para la medici�n de K⁺, Ca⁺, Mg⁺, NH₄⁺, etc. Ebbing cita un ejemplo de electrodo especializado dise�ado para medir la concentraci�n de urea, un no electr�lito. Para hacer esto, se recubre un electrodo sensible a la concentraci�n del NH₄⁺ con un gel que contiene ureasa, una enzima que cataliza la descomposici�n de la urea, produciendo iones de amonio. Luego, se puede calibrar la concentraci�n de NH₄⁺ medida, en t�rminos de la concentraci�n de urea en la soluci�n.