La escala de pH y pOH

¿Para qué sirve esto?

Con el repollo morado lograste ordenar el limón, el vinagre, el jabón y el detergente: unos más ácidos, otros más básicos. Pero un color no es un número. Si quieres decir cuánto más ácido es el limón que el agua, o comparar tu resultado con el de otro colegio, necesitas una escala con números: la escala de pH.

El pH aparece en las etiquetas de los champús, en el cuidado de los acuarios y de los cultivos, y en el agua de las piscinas. En esta lección vas a calcularlo, a usar su pareja, el pOH, y a entender por qué una diferencia de una sola unidad es mucho más grande de lo que parece.

Antes de empezar repasa las potencias de 10 con exponente negativo: $10^{-1} = 0{,}1$, $10^{-2} = 0{,}01$ y $10^{-3} = 0{,}001$. El exponente dice cuántos lugares después de la coma queda el 1.

Contar los iones H⁺

Ya sabes que un ácido aumenta los iones H⁺ de una solución y una base aumenta los iones OH⁻. Para saber cuántos hay, se mide su concentración: los moles de iones que hay en cada litro. Se escribe entre corchetes: [H⁺] es la concentración de H⁺, en mol/L.

Esas concentraciones son números muy pequeños. Hasta el agua pura tiene unos pocos iones de cada clase, porque unas pocas moléculas se pasan un protón entre sí: a 25 °C, su [H⁺] es $10^{-7}$ mol/L, es decir, 0,0000001 mol/L, y su [OH⁻] es la misma. Escribir y comparar tantos ceros es incómodo, y por eso se inventó el pH.

La definición del pH

$$\mathrm{pH} = -\log\,[\mathrm{H^{+}}]$$

El «log» es el logaritmo en base 10: dice a qué exponente hay que elevar el 10 para obtener el número. Como $10^{-3} = 0{,}001$, el logaritmo de 0,001 es −3. El signo menos de la definición vuelve positivo el resultado. Así, cuando la [H⁺] es una potencia de 10, la regla es muy sencilla:

Si $[\mathrm{H^{+}}] = 10^{-n}$ mol/L, el pH es $n$: el exponente sin el signo menos.

El agua pura, con $[\mathrm{H^{+}}] = 10^{-7}$, tiene pH 7 a 25 °C. En este curso solo vas a trabajar con concentraciones que son potencias de 10; las demás dan un pH con decimales, que se calcula con la calculadora.

El pOH y la suma 14

De la misma manera se mide la basicidad con el pOH:

$$\mathrm{pOH} = -\log\,[\mathrm{OH^{-}}]$$

Los dos números no son independientes: cuando la [H⁺] sube, la [OH⁻] baja. A 25 °C, en cualquier solución en agua, se cumple

$$\mathrm{pH} + \mathrm{pOH} = 14$$

Si conoces uno, restas de 14 y obtienes el otro. Una solución de pH 4 tiene pOH 10.

La escala de 0 a 14

En las soluciones de uso común el pH va más o menos de 0 a 14. A 25 °C:

• pH menor que 7: la solución es ácida, tiene más H⁺ que OH⁻;
• pH igual a 7: la solución es neutra, tiene tantos H⁺ como OH⁻;
• pH mayor que 7: la solución es básica, tiene más OH⁻ que H⁺.

El 7 como punto neutro y la suma 14 valen a 25 °C; a otras temperaturas cambian un poco. Por eso siempre se dice la temperatura.

Hay algo que confunde al principio: cuanto más bajo es el pH, más ácida es la solución. Un pH pequeño quiere decir un exponente menos negativo: $10^{-2}$ es mucho mayor que $10^{-7}$, así que con pH 2 hay muchos más iones H⁺ que con pH 7.

Cada unidad es un factor de diez

La escala de pH no cuenta de uno en uno: es logarítmica. Bajar una unidad de pH es multiplicar la [H⁺] por 10. Una solución de pH 4 no es «un poquito» más ácida que una de pH 5: tiene diez veces más iones H⁺ por litro. Bajar dos unidades es multiplicar por 100, y bajar tres, por 1000. Por eso una solución de pH 4 tampoco es «el doble» de ácida que una de pH 8: entre ellas hay cuatro unidades, un factor de 10 000.

El pH de algunos productos de la casa

Estos valores son aproximados: cambian con la marca y con cuánto se diluya el producto. El jugo de limón tiene un pH de alrededor de 2 y el vinagre, de alrededor de 3. El agua pura tiene pH 7 a 25 °C. El bicarbonato disuelto en agua queda alrededor de 8, el jabón de barra alrededor de 10 y el blanqueador alrededor de 12.

Los extremos de la escala son peligrosos: los ácidos y las bases fuertes de laboratorio solo los maneja el docente. El blanqueador es muy básico y nunca se mezcla con ácidos como el vinagre, porque libera gases tóxicos.

En resumen

• El pH mide la acidez con un número; pH = −log[H⁺], y si [H⁺] = 10⁻ⁿ mol/L, el pH es n.

• El pOH es −log[OH⁻], y a 25 °C se cumple pH + pOH = 14.

• A 25 °C, una solución con pH menor que 7 es ácida, con pH 7 es neutra y con pH mayor que 7 es básica; cuanto más bajo el pH, más ácida.

• Bajar una unidad de pH es multiplicar la [H⁺] por 10; dos unidades, por 100. No es el doble.

• Los productos de la casa tienen pH aproximados, del limón, alrededor de 2, al blanqueador, alrededor de 12; los extremos son peligrosos y no se mezclan.

Vocabulario

[H⁺]

Concentración de iones H⁺: cuántos moles de esos iones hay en cada litro de solución, en mol/L.

pH

Número que mide la acidez: pH = −log[H⁺]. Si [H⁺] = 10⁻ⁿ mol/L, el pH es n. No lleva unidad.

pOH

Número que mide la basicidad: pOH = −log[OH⁻].

Solución neutra

Solución con tantos iones H⁺ como OH⁻; a 25 °C su pH es 7.

Escala logarítmica

Escala en la que cada unidad es un factor de 10. En la de pH, subir una unidad divide la [H⁺] entre 10 y bajar una unidad la multiplica por 10.