El pH

M en C Rafael Govea Villaseñor
El pH
Versión 1.3 Oct-Nov 2017
M en c Rafael Govea Villaseñor
UAM-I Y cinvestav-ipn

¿Qué mide la escala de pH?
La acidez de una mezcla acuosa. EsLa acidez de una mezcla acuosa. Es
decir, la concentración de iones dedecir, la concentración de iones de
hidrógeno Hhidrógeno H++
(en realidad hidronio [H(en realidad hidronio [H33OO++
])])

Conocimientos previos, ¿Qué es un
logaritmo?
Sacar elSacar el logaritmologaritmo de un número es un truco aritmético parade un número es un truco aritmético para
convertir números decimales en enteros y también hacerconvertir números decimales en enteros y también hacer
divisiones y multiplicaciones mediante simples restas ydivisiones y multiplicaciones mediante simples restas y
sumas aprovechando sus propiedades.sumas aprovechando sus propiedades.
ElEl logaritmologaritmo de unde un númeronúmero
(argumento)(argumento) es el exponente ales el exponente al
que debemos elevar un númeroque debemos elevar un número
denominadodenominado basebase para obtenerpara obtener
ese mismoese mismo número (argumento,número (argumento,
también llamado antilogaritmo)también llamado antilogaritmo)
loga
b = c → ac
= b
Log10
0.0001 = -4 → 10-4
= 0.0001

Conocimientos previos, ¿Qué es la
concentración Molar?
Es el tipo de concentraciónEs el tipo de concentración ((concon- = juntar,- = juntar, centrcentr- =- =
centro, -centro, -ciónción = acción)= acción) que mide qué tan juntas estánque mide qué tan juntas están
las moléculas de una mezcla usando el número delas moléculas de una mezcla usando el número de
moles presentes.moles presentes.
Se usa el símboloSe usa el símbolo MM después del número de molesdespués del número de moles
presentes en un litro de solución.presentes en un litro de solución.
Así NaClAsí NaClaqaq 1.5M significa que hay 1.5 moles de sal común1.5M significa que hay 1.5 moles de sal común
(MM(MMNaClNaCl = 58.5 (1.5) = 87.7 g) disueltos en un litro de solución.= 58.5 (1.5) = 87.7 g) disueltos en un litro de solución.
Una fórmula dentro de corchetes cuadrados significaUna fórmula dentro de corchetes cuadrados significa
concentración molar de dicha sustancia [NaCl] = 1.5 Mconcentración molar de dicha sustancia [NaCl] = 1.5 M 1 L
87.7 g
solución

Conocimientos previos,
Clasificación de los Electrolitos.
Respecto a suRespecto a su
comportamientocomportamiento
ácido-base losácido-base los
electrolitoselectrolitos sonson
HCl
HClO4
HNO3
NaOH
Ácidos,Ácidos, cuando liberancuando liberan HH++
H2
SO4
Ba(OH)2Básicos,Básicos, cuando liberancuando liberan OHOH--
Anfóteros,Anfóteros, ((anfanf- = ambos,- = ambos,
--terotero = el que hace)= el que hace) cuandocuando
las sustancias pueden hacerlas sustancias pueden hacer
ambas cosas, liberar ionesambas cosas, liberar iones HH++
o ioneso iones OHOH--
Hay más ejemplos,
pero el HH22OO es central
a este tema.

Conocimientos previos,
Reacciones Reversibles
No todas las reacciones ocurren convirtiendo todas lasNo todas las reacciones ocurren convirtiendo todas las
moléculas de reactivos en productos.moléculas de reactivos en productos. Con frecuencia no bien seCon frecuencia no bien se
han formado algunas moléculas del producto, éstas reaccionanhan formado algunas moléculas del producto, éstas reaccionan
y vuelven a transformarse en reactivos,y vuelven a transformarse en reactivos, de allí la doble flecha.de allí la doble flecha.
H2 (g) HClHCl(g)(g)
Cl2 (g)+
La velocidad de la reacción directa disminuye conformeLa velocidad de la reacción directa disminuye conforme
aumenta la velocidad de la reacción inversa.aumenta la velocidad de la reacción inversa. En algúnEn algún
momento ambas velocidades se igualan.momento ambas velocidades se igualan. De modo que ya noDe modo que ya no
hay cambio neto la concentración de cada sustancia.hay cambio neto la concentración de cada sustancia. Y laY la
proporción de moléculas de reactivos y productos queda fija.proporción de moléculas de reactivos y productos queda fija.

Conocimientos previos, Equilibrio
de una reacción
Cada reacción tiene su propio puntoCada reacción tiene su propio punto
de equilibrio que se alcanza desdede equilibrio que se alcanza desde
cualquier situación inicial.cualquier situación inicial. Sin entrarSin entrar
en detalles, es lógico que si hay másen detalles, es lógico que si hay más
moléculas de reactivos lamoléculas de reactivos la
probabilidad de que choquen yprobabilidad de que choquen y
reaccionen es mayor que lareaccionen es mayor que la
probabilidad de que los productos loprobabilidad de que los productos lo
hagan y viceversa.hagan y viceversa.
AA BB

Conocimientos previos, Constante
de Equlibrio
Imagina las reacciones de arriba. Iniciamos con 100 moléculas de A y 100 de D.Imagina las reacciones de arriba. Iniciamos con 100 moléculas de A y 100 de D.
Debido a sus propiedades químicas, no importa desde donde inicie la reacción, llegará elDebido a sus propiedades químicas, no importa desde donde inicie la reacción, llegará el
estado de equilibrio,estado de equilibrio, momento en cual ya no hay un cambio netomomento en cual ya no hay un cambio neto..
DigamosDigamos 20 de A, 80 de B20 de A, 80 de B yy 65 de C y 35 de D65 de C y 35 de D..
Podemos caracterizar el equilibrio simplemente dividiendo las moléculas producidas entrePodemos caracterizar el equilibrio simplemente dividiendo las moléculas producidas entre
las reaccionantes:las reaccionantes:
KKeqeq = B/A = 80/20 = 4= B/A = 80/20 = 4 yy KKeqeq = D/C = 35/65 = 0.54= D/C = 35/65 = 0.54
AA BB CC DD
AA BB CC DDEn la 1En la 1ªª reacción el equilibrio estáreacción el equilibrio está
desplazado a la derecha (K>1).desplazado a la derecha (K>1). En laEn la
22ªª lo está a la izquierda (K<1)lo está a la izquierda (K<1)

Conocimientos previos, Constante
de Equilibrio de una reacción, Keq
aA bBbB cC+ dDdD+
Para la reacción general:
[A][A]aa
[B][B]bb
[C][C]cc
[D][D]dd
KKeqeq ==
No entraremos en detalles matemáticos, pero para encontrar la Keq
se usa la
proporción entre reactivos y productos en el punto de Equilibrio.
Aritméticamente es igual multiplicar las concentraciones de los productos
(elevadas a sus coeficientes) dividida entre la multiplicación de las
concentraciones de los reactivos (elevadas a sus coeficientes):

¿Qué tipo de sustancia es el agua?
Es una sustancia anfótera muy, pero muy débilEs una sustancia anfótera muy, pero muy débil
que se ioniza produciendo ambos ionesque se ioniza produciendo ambos iones
En el equilibrio sólo 1 molécula de agua se ionizaEn el equilibrio sólo 1 molécula de agua se ioniza
entre 10, 000, 000 de moléculas (diez millones deentre 10, 000, 000 de moléculas (diez millones de
moléculas)moléculas)

Producto Iónico del agua
La ionización del agua es una reacciónLa ionización del agua es una reacción
reversible con el punto de equilibrioreversible con el punto de equilibrio
desplazado a la izquierda:desplazado a la izquierda:
Precisamente, Producto iónico delPrecisamente, Producto iónico del
agua, Kagua, Kww::
[H[H22O]O]22
[H[H33OO++
] [OH] [OH--
]]
KKeqeq ==
Pero como la [HPero como la [H22O]* prácticamente no cambia yO]* prácticamente no cambia y
es muy grande, la pasamos a la izquierda de laes muy grande, la pasamos a la izquierda de la
ecuación y le damos otro nombre a la constante:ecuación y le damos otro nombre a la constante:
[H[H22O]O]22
[H[H33OO++
] [OH] [OH--
]]KKeqeq ==
[H[H33OO++
] [OH] [OH--
]]KKww == = 10= 10-7-7
* 10* 10-7-7
= 10= 10-14-14
* MMH2O
= 18 ∴ 1 mol = 18 g en 1 L de agua (1000 g) →[H2
O] = 1000g/18g = 55.5 moles/L vs 10-7
La constante de equilibrio KLa constante de equilibrio Keqeq estaría dada por:estaría dada por:
OHOH--
HH33OO++
++2 H2 H22OO

¿Qué significa el Producto Iónico
del agua?
Si multiplicamos la concentración molarSi multiplicamos la concentración molar
de los ionesde los iones OHOH--
yy HH33OO++
,, cualesquieracualesquiera
que sea su valorque sea su valor en una mezcla, elen una mezcla, el
producto siempre nos daráproducto siempre nos dará 1010-14-14
[H[H33OO++
] [OH] [OH--
]]KKww == = 10= 10-7-7
* 10* 10-7-7
= 10= 10-14-14
Si agregamos un ácido fuerte aumentará laSi agregamos un ácido fuerte aumentará la
[H[H33OO++
]] y disminuiráy disminuirá [OH[OH--
]. No obstante, su]. No obstante, su
producto siempre seráproducto siempre será 1010-14-14
La
concentración
del ión de
hidrógeno
(hidronio)
[H3
O+
] puede
variar desde
1M a 10-14
M

¿Por qué se inventó la escala de
pH para medir la acidez?
Porque la concentración del iónPorque la concentración del ión [H[H33OO++
]]
varía desde 1 mol/L hastavaría desde 1 mol/L hasta
0.00000000000001 moles/L.0.00000000000001 moles/L. Es evidenteEs evidente
que escribir y leer la acidez con númerosque escribir y leer la acidez con números
decimales es difícil y provoca errores.decimales es difícil y provoca errores.

Tampoco mejora mucho, si expresamos laTampoco mejora mucho, si expresamos la
concentración del iónconcentración del ión [H[H3|3|OO++
]] en potencias deen potencias de
10 (notación científica) de 1010 (notación científica) de 1000
a 10a 10-14-14
mol/Lmol/L ..

Y usar submúltiplos del SI (sistemaY usar submúltiplos del SI (sistema
Internacional de medidas) también esInternacional de medidas) también es
complicado. Tendríamos usar varioscomplicado. Tendríamos usar varios
submúltipos desde 1 mol/L hasta 10submúltipos desde 1 mol/L hasta 10
fentomoles/Lfentomoles/L..

Usar la escala de pH para medir la
acidez es...
Más cómodo, como se veMás cómodo, como se ve
en imagen, el pH es másen imagen, el pH es más
conveniente.conveniente.
El único problema es queEl único problema es que
la escala de pH esla escala de pH es
logarítmica y no lineal.logarítmica y no lineal.
Eso significa cada pasoEso significa cada paso
en la escala de pH es 10en la escala de pH es 10
veces mayor (siveces mayor (si ↑↑) o 10) o 10
veces menor (siveces menor (si ↓↓))
Potencias
de 10
Sub-
múltiplos
pH # decimales
Másbásico
Másácido

¿Cómo calificamos los valores de
la Escala de pH?
Una solución es ácida si su pH <7.Una solución es ácida si su pH <7. Es neutra a pH = 7Es neutra a pH = 7 y es básica (alcalina)y es básica (alcalina)
si su pH es >7si su pH es >7
Como la escala de pH es logarítmica una solución pH 4 es diez veces másComo la escala de pH es logarítmica una solución pH 4 es diez veces más
ácida que otra a pH 5 y viceversa.ácida que otra a pH 5 y viceversa.
Aumento
de
alcalinidad
Aumento
de acidez

¿Podemos aplicar el logaritmo
negativo a otras entidades?
Si, el símbolo «p» = - log [x].Si, el símbolo «p» = - log [x]. Así podemos hablar deAsí podemos hablar de
pOH para el -log [OHpOH para el -log [OH--]]
De este modo se suele escribir elDe este modo se suele escribir el producto iónico del agua Kproducto iónico del agua Kww de unade una
forma muy sencilla y útil gracias a las propiedades de los logaritmos queforma muy sencilla y útil gracias a las propiedades de los logaritmos que
convierten una multipicación en suma.convierten una multipicación en suma.
KKww = [H= [H33OO++
] [OH] [OH--
] = 10] = 10-14-14
Aplicamos -logaritmos aAplicamos -logaritmos a
toda la ecuación ytoda la ecuación y
obtenemosobtenemos
pHpH + p+ pOH = 14OH = 14
Lo cual nos permite obtener el pH a partir del cálculo la basicidad, en vez de la acidezLo cual nos permite obtener el pH a partir del cálculo la basicidad, en vez de la acidez

¿Cómo obtener el pH a partir de la
[H[H33OO++
]]?
Muy fácil, en una calculadora científica anotamos laMuy fácil, en una calculadora científica anotamos la
concentración molar de iones hidronio y apretamos laconcentración molar de iones hidronio y apretamos la
teclatecla loglog y luego la tecla de cambio de signo +/-.y luego la tecla de cambio de signo +/-.
El jugo de limón tiene una [HEl jugo de limón tiene una [H33OO++
]] ≈≈ 0.005 mol/L0.005 mol/L
Paso 1. Anotamos la concentración molar en la calculadora →0.005Paso 1. Anotamos la concentración molar en la calculadora →0.005
Paso 2. Apretamos la teclaPaso 2. Apretamos la tecla loglog →-2.301029996→-2.301029996
Paso 3. Apretamos la tecla de cambio de signo +/-Paso 3. Apretamos la tecla de cambio de signo +/- →2.301029996→2.301029996
Resultado. El pH del jugo de limón es de 2.3 (redondeado a un decimal)Resultado. El pH del jugo de limón es de 2.3 (redondeado a un decimal)

¿Cómo obtener la [H[H33OO++
]] a partir
del pH?
Regalado, en una calculadora científica anotamos elRegalado, en una calculadora científica anotamos el
pH y apretamos la tecla de cambio de signopH y apretamos la tecla de cambio de signo +/-+/- yy
luego la tecla del antilogaritmo (luego la tecla del antilogaritmo (1010xx
).).
El el pH del jugo gástrico está, por lo común, entre 1 y 2El el pH del jugo gástrico está, por lo común, entre 1 y 2
Paso 1. Anotamos el pH en la calculadora →digamos, 1Paso 1. Anotamos el pH en la calculadora →digamos, 1
Paso 2. Apretamos la tecla de cambio de signo +/-Paso 2. Apretamos la tecla de cambio de signo +/- →-1→-1
Paso 3. Apretamos la teclaPaso 3. Apretamos la tecla 1010XX
(a veces es la misma tecla(a veces es la misma tecla loglog, pero, pero
después de la tecla shift)después de la tecla shift) →0.1→0.1
Resultado.Resultado. la concentración del iónla concentración del ión [H[H3|3|OO++
]] a pH 1a pH 1 es de 0.1 M (moles/L)es de 0.1 M (moles/L)

¿Qué hacemos si partimos de la
[ácido] cuando es electrolito fuerte?
Recordemos: un ácido fuerte se disocia completamente. Así queRecordemos: un ácido fuerte se disocia completamente. Así que
podemos aproximar lapodemos aproximar la [H[H33OO++
] a la concentración molar del ácido.] a la concentración molar del ácido.
¿Cuál es el pH de una solución de HCl 0.5 M?¿Cuál es el pH de una solución de HCl 0.5 M?
Paso 2. Anotamos la concentración en la calculadora → 0.5Paso 2. Anotamos la concentración en la calculadora → 0.5
Paso 3. Apretamos la tecla logPaso 3. Apretamos la tecla log → log 0.5 = - 0.301029996→ log 0.5 = - 0.301029996
Paso 4. Pulsamos la tecla cambio de signo ±Paso 4. Pulsamos la tecla cambio de signo ± → 0.30 (redondeado a céntimos)→ 0.30 (redondeado a céntimos)
Resultado, el pH de una solución 0.5 M de HCl es pH 0.30Resultado, el pH de una solución 0.5 M de HCl es pH 0.30
Paso 1. Consideramos la [HPaso 1. Consideramos la [H33OO++
] = [HCl] = 0.5 M] = [HCl] = 0.5 M

¿Qué hacemos si nos dan la
[álcali] fuerte?
¿Cuál es el pH de una solución de NaOH 0.8 M?¿Cuál es el pH de una solución de NaOH 0.8 M?
Paso 1a. Anotamos la concentración en la calculadora → 0.8Paso 1a. Anotamos la concentración en la calculadora → 0.8
Paso 1b. Apretamos la tecla logPaso 1b. Apretamos la tecla log → log 0.8 = - 0.096910013→ log 0.8 = - 0.096910013
Paso 1c. Picamos la tecla cambio de signo ±Paso 1c. Picamos la tecla cambio de signo ± → 0.1 (redondeado a→ 0.1 (redondeado a
décimos)décimos)
Resultado, el pH de una solución 0.8 M de NaOH es pH 13.9Resultado, el pH de una solución 0.8 M de NaOH es pH 13.9
Paso 1. Consideramos la [OHPaso 1. Consideramos la [OH+-+-
] = [NaOH] = 0.8 M y calculamos el pOH] = [NaOH] = 0.8 M y calculamos el pOH
Paso 2. Lo que acabamos de obtener es el pOH= 0.1 Como pH + pOH = 14Paso 2. Lo que acabamos de obtener es el pOH= 0.1 Como pH + pOH = 14
Despejamos pH = 14 – pOH = 14 – 0.1 = 13.9Despejamos pH = 14 – pOH = 14 – 0.1 = 13.9

¿Cuál es el pH de sustancias
comunes?
El pH de diversasEl pH de diversas
sustancias varíasustancias varía
ampliamente:ampliamente:
¿Qué es más ácido, el¿Qué es más ácido, el
limón o el vinagre?limón o el vinagre?
¿Qué es más básico, la¿Qué es más básico, la
leche o el agua pura?leche o el agua pura?
Aumento
de acidez
Aumento de alcalinidad (basicidad)

¿Cuál es el pH de nuestra
sangre?
El pH de la sangre es de 7.4El pH de la sangre es de 7.4 ±± 0.050.05
¿Entonces, cómo es el pH sanguíneo?¿Entonces, cómo es el pH sanguíneo?
Claro, es un poco alcalino, siempre. Si fueseClaro, es un poco alcalino, siempre. Si fuese
ácido moriríamosácido moriríamos

No es conveniente ni fácil, el cuerpo respondeNo es conveniente ni fácil, el cuerpo responde
contrarrestando cualquier perturbación.contrarrestando cualquier perturbación.
Si el pH sube (alcalosis) o baja (acidosis) más de = 0.05Si el pH sube (alcalosis) o baja (acidosis) más de = 0.05
unidades de pH durante más de poco tiempo podemosunidades de pH durante más de poco tiempo podemos
morir.morir.
Por ello la sangre contiene sustancias amortiguadorasPor ello la sangre contiene sustancias amortiguadoras
(buffers) que evitan el cambio de pH(buffers) que evitan el cambio de pH y cambiamos lay cambiamos la
frecuencia respiratoria o la intensidad en la generaciónfrecuencia respiratoria o la intensidad en la generación
de orina para compensar.de orina para compensar.
¿Es fácil y conveniente cambiar
el pH sanguíneo?
Si el pH se acidifica entonces aumenta
la producción de CO2
y aumenta la
frevuencia ventilatoria.
HCO3
-
+ H+
H2
CO3
CO2
+ H2
O

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