20 may
Acido y base. Concepto de pH.


 

 

La definición de ácidos y bases ha ido modificándose con el tiempo. Al principio Arrhenius fue quien clasifico a los ácidos como aquellas sustancias que son capaces de liberar protones (H+) y a las bases como aquellas sustancias que pueden liberar iones OH-.  Esta teoría tenía algunas limitaciones ya que algunas sustancias podían comportarse como bases sin tener en su molécula el ion OH-. Por ejemplo el NH3. Aparte para Arrhenius solo existía el medio acuoso y hoy es sabido que en medios distintos también existen reacciones ácido-base.

Brönsted y Lowry posteriormente propusieron otra teoría en la cual los ácidos y bases actúan como pares conjugados. Ácido es aquella sustancia capaz de aportar protones y base aquella sustancia capaz de captarlos. No tiene presente en su definición al ion OH-.

Simbólicamente:

AH  +  H2O   —->   A- +  H3O+

El AH es el ácido, (ácido 1) de su base conjugada A- (base 1) y el agua (base 2) es la base de su ácido conjugado H3O+ (ácido 2).

El pH, abreviatura de Potencial Hidrógeno, es un parámetro muy usado en química para medir el grado de acidez o alcalinidad de las sustancias. Esto tiene enorme importancia en muchos procesos tanto químicos como biológicos. Es un factor clave para que muchas reacciones se hagan o no. Por ejemplo en biología las enzimas responsables de reacciones bioquímicas tienen una actividad máxima bajo cierto rango de pH. Fuera de ese rango decae mucho su actividad catalítica. Nuestra sangre tiene un pH entre 7,35 y 7,45. Apenas fuera de ese rango están comprometidas nuestras funciones vitales. En los alimentos el pH es un marcador del buen o mal estado de este. Por lo expuesto el pH tiene enormes aplicaciones.

La escala del pH va desde 0 hasta 14. Los valores menores que 7 indican el rango de acidez y los mayores que 7 el de alcalinidad o basicidad. El valor 7 se considera neutro. Matemáticamente el pH es el logaritmo negativo de la concentración molar de los iones hidrogeno o protones (H+) o iones hidronio (H3O).

pH = -log [H+]  o  pH = -log [H3O]

Electrolitos fuertes y Débiles:

Son las sustancias que se descomponen en iones. Los fuertes se disocian o se separan en un 100% y los débiles en un muy pequeño porcentaje.

Al separarse en iones muchos de ellos pueden aportar iones OH- o iones H+ o  H3O+ afectando al pH en cierta medida.

También hay un Potencial oxhidrilo (pOH) por haber iones OH-.

pOH = -log[OH-]

la suma entre el pOH y el pH nos da 14

pOH + pH = 14

Otra fórmula muy importante que vincula a los iones H+ y OH- es la Constante del producto iónico del agua.

Kw = [H+] . [OH-]

Kw = 1.10-14

Nos permite calcular uno de los iones cuando tenemos el otro ya que su producto siempre da 1.1014 en cualquier situación.

A veces nos piden calcular la concentración de iones OH- o H+ a partir de los valores de pOH y pH. En estos casos resultan muy convenientes estas formulas que no son ms que el despeje matemático de la fórmula de pH.

[H+] = 10 –pH

[OH-] = 10 –pOH

El pH y el pOH aparecen en ambos casos como exponentes.

Ahora que ya están expuestas todas las formulas primero veremos ejemplos con electrolitos fuertes, es decir, ácidos y bases fuertes.

Ácido Clorhídrico (HCl) 0,04M:

HCl    —–>   H+ +  Cl-

En este caso la concentración molar de 0,04 M del ácido también será 0,04M del ion H+ y 0,04M de Cl-. De manera que el pH será:

pH = -log [0,04]

pH = 1,4

Hidróxido de Bario 0,06M (Ba(OH)2)

Ba(OH)2 ——>  Ba+2 +  2 OH-

La concentración del ion OH- es el doble que la del Ba(OH)2 porque un mol del hidróxido genera dos moles de OH-.

Calculamos a continuación el pOH:

pOH = -log[0.12]

pOH = 0.92

pH + pOH = 14

pH = 14 – pOH

pH = 14 – 0.92

pH = 13.08

Electrolitos débiles:

En el caso de los electrolitos débiles, es más complicado calcular el pH y debemos recordar el concepto de equilibrio químico.

El equilibrio químico se aplica a las reacciones que son reversibles, es decir, que pueden ir en ambas direcciones. Pero aun así llega un momento en el que la velocidad de reacción hacia la derecha es igual que hacia la izquierda. En ese punto se establecen concentraciones de las sustancias que no varían en el tiempo y se puede aplicar la constante de equilibrio químico.

A  +  B  <——–>  C  +  D

K = [C] x [D]  /  [A] x [B]

Los electrolitos fuertes se caracterizan por ir en una sola dirección. En los ejemplos vistos anteriormente las sustancias se descomponen en iones y no hay reversa. En los electrolitos débiles veremos que la disociación iónica que va hacia la derecha puede tomar el camino opuesto y generar nuevamente la sustancia no ionizada.

Ejemplo:

Ácido acético (CH3COOH).

CH3COOH  + H2O  < ——- >  CH3COO- +  H3O+

Ka = [CH3COO-] x [H3O+]  /  [CH3COOH]

 

Calcula el pH de una solución 0.6M de ácido acético. Ka = 1,8.10-5

Para saber el pH tenemos que saber la concentración de [H3O+].

Al principio solo hay moléculas del ácido sin disociar. A esto se lo llama estado inicial.

 

CH3COOH  + H2O  <——->  CH3COO- +  H3O+

Inicio           0.6M   <———>       0                 0

Al correr el tiempo se llega a un nuevo estado de equilibrio. Se formaran una cantidad x de moles de cada uno de los iones. Y esa misma cantidad de moles se consumirán del ácido.

CH3COOH  + H2O  < ———- >  CH3COO- +  H3O+

Equilibrio    0.6M – x      <—->         x         +     x

Ahora utilizaremos nuevamente la constante de equilibrio pero usando las expresiones del equilibrio. Obtenemos asi la constante del ácido debil.

Ka = [X] . [X]   /   [0,6M - X]

Ka =  [X]^2  /  [0,6M - X]

1,8.10 ^-5  =  [X]^2  /  [0,6M - X]

 

Estamos en presencia de una ecuación cuadrática. Habrá que usar la fórmula de Baskara. Pero si hacemos una consideración no será necesario.

Como la cantidad de X será bastante pequeña en comparación con los 0.6M, podemos considerar a X = 0 sin entrar en grandes errores.

1,8.10^-5  =  [X]^2  /  0,6 M

X  =  √ (1,8.10^-5 . 0,6M)

X = 3,286.10-3

pH = -log 3,286.10-3

pH = 2,48

Efecto del ión Común:

A continuación veremos que sucede cuando tenemos una mezcla de un ácido débil y una sal de su acido.

Antes debemos recordar el Principio de Le Chatelier. Este principio sostiene que cuando se introduce un cambio en un sistema en equilibrio, este responde de manera tal de contrarrestar a este cambio.

Si tenemos un ácido débil (AH) y una sal de este ácido por ejemplo NaA, estos se disociaran en agua.

AH   +   H2O   <—–>   A- +  H3O+

NaA   ——>   Na+ +  A-

Como vemos ambas generan al ion A-. Sabemos que el pH de una sustancia es el índice de la concentración de iones H3O+. Mientras mayor sea esta concentración menor será el pH. Según Le Chatelier, si aumenta el ion común A-, la reacción se desplazara hacia la izquierda. Esto reducirá la concentración de H3O+ e impedirá que el pH disminuya. A estas soluciones que tienen estas propiedades se las llama Buffer o Soluciones reguladoras o Soluciones Tampón. Están formadas por un ácido débil y una de sus sales o una base débil y una de sus sales.

Hay muchos sistemas buffer, incluso en nuestro organismo, para regular el pH de la sangre, que no soporta ni pequeñas fluctuaciones de pH.

Ahora veremos cómo calcular el pH en uno de éstos casos.

Recordemos la Ka del ácido:

Ka =  [A-] . [H3O+]  /  [AH]

 

Despejando [H3O] resulta:

[H3O+] =  Ka . [AH]  /  [A-]

 

Aplicando logaritmo en ambos miembros resulta:

- log [H3O+]  =  – log ( Ka . [AH] / [A-] )

- log [H3O+] = – log Ka  +  log ( [A-] / [AH] )

pH = pKa  +  log ( [A-] / [AH] )

La [A-] proviene de la disociación del ácido débil y de la sal. Pero la cantidad que aporta el ácido es muy baja comparada con la que aporta la disociación de la sal.

De la misma manera el ácido (AH) al ionizarse, algo de su cantidad es consumida. Pero es bastante poca comparada con la cantidad inicial de ácido.

Como casi todo el ion A- es proporcionado por la sal. La concentración de A- podemos reemplazarla por la sal en la fórmula. Tomando la siguiente expresión:

pH = pKa  +  log  ( [Sal] / [Acido] )

 

Ejemplo:

Calcular el pH de una solución que contiene una concentración de un ácido débil de 0,3M y una concentración de su sal de 0,5M. El Ka = 1,8.10-5. pKa = 4,744

pH = 4,744  +  log (0,5 M / 0,3 M)

pH = 4,744 + 0,222

pH = 4,97

Una observación que podemos hacer mirando la fórmula de Henderson Hasselbach es que si las concentraciones de ácido y sal son iguales el pH será igual al pKa. Ya que el logaritmo de de un cociente que da 1 es cero.

Otra situación que se nos presenta en los problemas con las sales de electrolitos débiles es la reacción del anión del ácido con el agua. O el catión de la base débil con el agua si se trata de un hidróxido débil. A estas reacciones se las llama Hidrólisis, y a su constante de equilibrio, K de hidrólisis (Kh).

Ejemplo.

Calcula la [H3O] y el pH de una solución 1.10-3 M de la sal NaX. Ka = 1.10-8.

La reacción de hidrólisis es:

X- +   H2O   ——->  HX  +  OH-

kH =  Kw / Ka

Kh = (  [H3O+] . [OH-] )  //  ( [H3O+] . [X-]/[HX] )

 

Simplificando términos queda la siguiente expresión que responde a la reacción expuesta.

Kh = [HX] . [OH-]  /  [X-]

 

Podemos despejar de esta expresión a la [OH-].

Kh = 1.10^-14  /  1.10^-8

Kh = 1.10-6

Como la [HX] es igual a la [OH-]. El producto del numerador podemos expresarlo como X2. Y al despejar esta incógnita estamos averiguando la [OH-].

Kh =  [X]^2  /  [X-]

[OH-] = √ (Kh .  [X-])

[OH-]  =  √ (1. 10^-6 . 1.10^-3)

 

[OH-] = 3,16.10-5

Con la Kw calculamos la [H3O+]:

[H3O+]  =  1.10^-14  /  3.16.10^-5

[H3O+] = 3,16.10-10

pH = -log 3,16.10-10

pH = 9,5

también podemos calcular el pH a partir de la [OH-] que es 3,16.10-5.

De aquí calculamos el pOH.

pOH = 4,5

Por último sabiendo que la suma de pH y pOH da 14 tenemos:

pH = 14-4,5

pH = 9,5

Grado de Hidrólisis:

Es el porcentaje de hidrólisis de una sal en agua. Se calcula dividiendo a la cantidad de ácido formado por la concentración de la sal inicial.

Ejemplo:

Calcular el grado de hidrólisis de una solución de acetato de sodio (NaCH3COO) 0,1M. Ka = 1,8.10-5.

CH3COO- +  H2O  ——->  CH3COOH  +  OH-

[OH-] = √ (Kh . [CH3COO-])

[OH-] = 7,45.10-6

αh = [OH-] . 100 / [Sal]

αh =  7,45.10^-6 . 100 / 0,1 M

αh = 0,0074

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42 comentarios para “Acido y base. Concepto de pH.”

  • Cecilia:

    Hola Patricio, como andas? Esta genial tu pagina, no es comun encontrar paginas en internet que ofrezcan informacion seria y calificada, por asi decirlo.
    Te queria hacer una consulta respecto al tema de pH… Al sufrir una dilucion una solucion de un acido fuerte el pH de la solucion aumenta en un grado, y con una solucion de base fuerte ocurre exactamente lo contrario, disminuyendo en un grado. Ahora, ¿que ocurre con el pH en una solucion de un acido debil y una base debil al diluirla? ¿Disminuiran y aumentaran tambien, pero no en un grado exacto?
    Muchisimas gracias.
    Me encanto tu pagina y tu buena predisposicion para hacer esto!
    Un abrazo, Cecilia
    Estudiante de la UNLZ- Fac. Cs. Agrarias.

    • Cecilia en realidad las diluciones afectan al ph pero afectara más a los fuertes que a los débiles. Ya que los débiles se ionizan mucho menos. El agua diluye los iones. Perdona por la demora

  • Dulce Flor:

    Una informacion muy uril gracias

  • maria:

    una pregunta necesito hacer una monografía de ph, de qué fuente sacaste toda esta información? de alguna libro…así la incluyo en la bibliografía…gracias

    • La información la saque de mis conocimientos. Soy Bioquímico y Profesor, lo cual me avala para escribir bien y con garantía. Te paso mi nombre si quieres?. Necesitas mis datos?. Cualquier cosa hazmelo saber.

  • martin:

    hola tengo un problema q no puedo resolver bien, capas podrías ayudarme, si quieres te lo planteo, gracias

  • Franco:

    Buenas noches. La profesora de química me dio el siguiente problema:
    Calcular el PH de la siguiente solución: 20cm3 de una solución de HNO3, 20% m/v.

    El problema es que pH me da negativo, y estoy haciendo todas las cuentas bien!

    • Debemos pasar el % m/v a molaridad. Los 20 gramos se llevan a moles. Se logra dividiendo por el PM del ácido nítrico que es 63 gramos. Después lo multilicamos por 10 para pasar de 100 cm3 a 1000 cm3 que es un litro. 20% / 63 x 10 = 3,17M lo cual generara un pH negativo. Decile a tu profe si te dio bien los datos. Generalmente en los problemas no deberían dar negativo

  • fabian:

    buenas noches. estoy haciendo un proyecto y ocupo hacer una cita y esperaba que me facilitara su nombre y tambien la fecha en que escribio esto. gracias

  • muchas gracias por la informacion dada en el dia de hoy me sirbio mucho esta pagina es un elemento muy necesario para los estudiantes de hoy en dia

  • beto:

    Hola patricio muy buena la pagina y sus contenidos excelentes,,mi consulta es si se puede calcular ph a partir de miliequivalentes,es algo que me tiene muy condundido ya que siempre lo hice a partir de concentracion de proton y moles de una sc.

  • MaggieM:

    Hola! Qué util… en serio que entendí más aquí que en clases… Sigue así, felicidades! :)

  • hola solo quiero decirles que esto me ayudo mucho con mi tarea de quimica y se los recomiendo a todos los que les interesa la quimica este es un trabajo muy interesante y enverdad les puede servir de mucho para saber l,o que ustedes quieran saber sobre la qumica.bay,bay suerte con sus trabajos de quimica y kles deseo lo mejo y sigan a delante

  • Ivan:

    Hola patricio me podrias proporcionar bien tu nombre,para citarte en un trabajo. gracias!

  • angelica carmona:

    hola muy buena informacion!!! me sirvio de referencia para un trabajo de fisiologia solo una pregunta cuando fue la ultima fecha de actualizacion de esta info??? solo tiene el 20 de mayo pero no de que año

  • tatiana:

    twngo dos problemas que no se como hacer si me podrian ayudar! por favor!

  • lina gonzalez:

    necesito saber que tipo de etiqueta es, manipulacion y almacenamiento, y los elementos de proteccion para los àcidos y bases

  • Boris Nava:

    como esta lo del libro?, me interesa, se compra o se descarga??

    • Hola. Se compra por cualquiera de los pagos mencionados. Una vez realizada la operacion te lo mandamos a tu mail y lo descargas de nmediato en formato pdf. Te aseguro que esta muy pero muy completo

  • nadya:

    muy buena tu explicación muchas gracias!

  • pia:

    Muy buena explicación, pero tengo unas dudas. Por favor me contestaras lo más antes posible. Me dan una pregunta: Calcular el pH, pOH, [H+] Y [OH-] y la concentración del acido conjugado de una solucion de NaOH que resulta de mezclar 4 gramos NaOH con 25 ml de solución de NaOH 0,5 molar en suficiente agua hasta obtener 500 ml solución.
    Me dan las respuestas, pero no se su desarrollo, he intentado pero no me sale. Me complico con lo de las mezlclas, si me podrias aclarar me ayudarias mucho.
    Gracias.

    • Hola tenes q calcular primero todos los moles y dividirlos por 0,5 lts q es el volumen final. A los 4 grs pasalos a moles y aparte sumale los moles de la sulucion original, estamos?, la de 25 ml 0,5 molar. es 0,5M x 0,025 lts = 0,0125 moles. mas los moles de 4 grs de NaOH. 4/40 = 0,1 moles. Total = 0,1125 moles. Despues calculas la concentracion de OH q es facil por ser base fuerte q se disocia totalmente. Por ej si tenes 0,4 M sera 0,4 M de [OH] y de ahi seguis calculando todos los parametros como explico en el post.

  • hola muy buena la pagina pero me esta costando un poco el tema ph y poh.. mi ejercicio que no me sale dice asi..”calcula [H], [OH] y pH de una solucion formada por la mezcla de 25 ml de acido acetico 0,1 M con 35 ml de H2O. ka: 2×10-5.. como se resuelve este y ejercicios similares? gracias..

    • Bueno mira, no acostumbro a resolver ejercicios por aca ya que es muy extenso y se complica escribir formulas por aquí. Básicamente debes primero calcular la nueva molaridad del ácido ya que lo has diluido mas en agua. O sea que con la fórmula M1 x V1 = M2 x V2 lo puedes hacer. La M2 será: M2 = M1 x V1 / V2 = 0,1 M x 25 ml / 60 ml 0,04 M. Después empezas a usar este valor con la constante del ácido como explico en los ejercicios que habrás visto para el calculo de todo lo que piden.

  • Carlos Cuevas:

    Hola escribo de México, ¿Cuánto cuesta el libro¡…

  • Aline:

    muy bueno y fácilde entender!!!

  • buen dia exelente manera de explicar yo soy agronomo y entiendo el agua juega un papel importanticimo en la vida vejetal y animal , que papel juaga el agua en el hombre ya que segun me dicen puede se acida o alcalina , cual es mejor ?
    es cierto que lo acido genera el desarrollo de celulas malas ?

    • Hola- Te aclaro que no hay agua acida o alcalina. El agua es la misma. Pasa que determinadas sustancias le cambian el ph. El caso de nosotros, bueno el ph depende de muuuchas cosas que no te puedo explicar aca. Pero la acidez no es buena para nada. Genera productos muy nocivos en el metabolismo y de ahí vienen enfermedades. Pero es muy largo el tema, no te lo puedo explicar aca. Desde ya gracias por lo q opinas de mi sitio. Cuando gustes tes esperamos.

  • Dani Pimentel:

    Buen día, me gustó bastante la página, pero tengo una duda, me dejaron calcular el pH de un fármaco con pK=8 y definir cuántas moléculas se encuentra ionizadas y no ionizadas. De antemano muchas gracias, espero su pronta respuesta.

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