Los ácidos y los álcalis son dos posiciones extremas de la misma escala: sus propiedades (totalmente opuestas) están determinadas por el mismo valor: la concentración de iones de hidrógeno (H+). Sin embargo, en sí mismo este número es muy inconveniente: incluso en ambientes ácidos, donde la concentración de iones de hidrógeno es mayor, este número es centésimas, milésimas de unidad. Por lo tanto, por conveniencia, usan el logaritmo decimal de este valor, multiplicado por menos uno. Se acostumbra decir que se trata de pH (potencial de hidrógeno), o un indicador de hidrógeno.
El surgimiento del concepto
En general, el hecho de que un ambiente ácido y un ambiente alcalino estén determinados por la concentración de iones de hidrógeno H + y que cuanto mayor sea su concentración, más ácida será la solución (y viceversa, menor será el H + concentración, cuanto más alcalino sea el ambiente y mayor sea la concentración de iones OH opuestos -), es conocida por la ciencia desde hace mucho tiempo. Sin embargo, no fue hasta 1909 que el químico danés Sørensen publicó por primera vez una investigación en la que utilizó el concepto de índice de hidrógeno: PH, que luego fue reemplazado por pH.
Cálculo de la acidez
Al calcular el índice de pH, se supone que las moléculas de agua en solución, aunque en cantidades muy pequeñas, aún se disocian en iones. Esta reacción se llama autoprotólisis del agua:
H2O H+ + OH-
La reacción es reversible, por lo que se define una constante de equilibrio para ella (que muestra las concentraciones promedio de cada componente). Aquí está el valor de la constante para condiciones estándar - temperatura 22 °C.
Abajo entre corchetes - concentraciones molares de los componentes indicados. La concentración molar de agua en agua es de aproximadamente 55 mol/litro, que es un valor de segundo orden. Por lo tanto, el producto de las concentraciones de iones H+ y OH- es aproximadamente 10-14. Este valor se denomina producto iónico del agua.
En agua pura, las concentraciones de iones de hidrógeno e iones de hidróxido son 10-7. En consecuencia, el valor de pH del agua será de aproximadamente 7. Este valor de pH se toma como un ambiente neutral.
A continuación, debe apartar la mirada del agua y considerar una solución de algún ácido o álcali. Tomemos, por ejemplo, el ácido acético. El producto iónico del agua seguirá siendo el mismo, pero el equilibrio entre los iones H+ y OH- se desplazará hacia el primero: los iones de hidrógeno provienen del ácido acético parcialmente disociado, y los iones de hidróxido "extra" irán a las moléculas de agua no disociadas. Por lo tanto, la concentración de iones de hidrógeno será mayor y el pH será menor (no es necesarioolvide que el logaritmo se toma con signo menos). En consecuencia, ácido y alcalino están relacionados con el pH. Y se conectan de la siguiente manera. Cuanto menor sea el valor de pH, más ácido será el ambiente.
Propiedades ácidas
Los ambientes ácidos son soluciones con un pH inferior a 7. Cabe señalar que aunque el valor del producto iónico del agua a primera vista limita los valores de pH en el rango de 1 a 14, de hecho, existen soluciones con un pH inferior a uno (e incluso inferior a cero) y superior a 14. Por ejemplo, en soluciones concentradas de ácidos fuertes (sulfúrico, clorhídrico) el pH puede alcanzar -2.
La solubilidad de ciertas sustancias puede depender de si tenemos un ambiente ácido o un ambiente alcalino. Por ejemplo, tome hidróxidos metálicos. La solubilidad está determinada por el valor del producto de solubilidad, que tiene la misma estructura que el producto iónico del agua: concentraciones multiplicadas. En el caso del hidróxido, el producto de solubilidad incluye la concentración del ion metálico y la concentración de iones de hidróxido. En el caso de un exceso de iones de hidrógeno (en un ambiente ácido), "sacarán" más activamente los iones de hidróxido del precipitado, cambiando así el equilibrio hacia la forma disuelta, aumentando la solubilidad del precipitado.
También vale la pena mencionar que todo el tracto digestivo humano tiene un ambiente ácido: el pH del jugo gástrico varía de 1 a 2. La desviación de estos valores hacia arriba o hacia abajo puede ser un signo de varias enfermedades.
Propiedades del medio alcalino
Ben un ambiente alcalino, el valor de pH toma valores superiores a 7. Por conveniencia, en ambientes con una alta concentración de iones de hidróxido, el indicador de pH de acidez se reemplaza por el indicador de pH de basicidad pOH. Es fácil adivinar que denota un valor igual a -lg[OH-] (logaritmo decimal negativo de la concentración de iones hidróxido). Directamente del producto iónico del agua se sigue la igualdad pH + pOH=14. Por lo tanto pOH=14 - pH. Por lo tanto, para todas las declaraciones que son verdaderas para el índice de pH, las declaraciones opuestas son ciertas para el índice de basicidad de pOH. Si el pH de un medio alcalino es grande por definición, entonces su pOH es obviamente pequeño, y cuanto más fuerte sea la solución alcalina, menor será el valor de pOH.
Esta oración acaba de introducir una paradoja lógica que confunde muchas discusiones sobre la acidez: una acidez baja indica una acidez alta y viceversa: los valores altos de pH corresponden a una acidez baja. Esta paradoja aparece porque el logaritmo se toma con un signo menos y la escala de acidez está, por así decirlo, invertida.
Definición práctica de acidez
Los llamados indicadores se utilizan para determinar la acidez del medio. Por lo general, se trata de moléculas orgánicas bastante complejas que cambian de color según el pH del medio. El indicador cambia de color en un rango de pH muy estrecho: esto se usa en valoraciones ácido-base para lograr resultados precisos: la valoración se detiene tan pronto como el indicador cambia de color.
Los indicadores más famosos son el metilonaranja (intervalo de transición en la región de pH bajo), fenolftaleína (intervalo de transición en la región de pH alto), tornasol, azul de timol y otros. En ambientes ácidos y ambientes alcalinos, se utilizan diferentes indicadores dependiendo de la zona en la que se encuentre su intervalo de transición.
También hay indicadores universales: cambian su color gradualmente de rojo a morado oscuro cuando pasan de entornos fuertemente ácidos a fuertemente alcalinos. De hecho, los indicadores universales son una mezcla de los comunes.
Para una determinación más precisa de la acidez, se utiliza un dispositivo: un medidor de pH (potenciómetro, el método, respectivamente, se llama potenciometría). Su principio de funcionamiento se basa en la medición de EMF en un circuito, cuyo elemento es una solución con un pH medido. El potencial de un electrodo sumergido en una solución es sensible a la concentración de iones de hidrógeno en la solución; de ahí el cambio en EMF, en base al cual se calcula el pH real.
Acidez de varios ambientes en la vida cotidiana
El índice de acidez es de gran importancia en la vida cotidiana. Por ejemplo, los ácidos débiles (acético, málico) se utilizan como conservantes. Las soluciones alcalinas son detergentes, incluido el jabón. El jabón más simple son las sales de sodio de los ácidos grasos. En agua, se disocian: el residuo de ácido graso, muy largo, por un lado tiene una carga negativa y, por otro lado, una larga cadena no polar de átomos de carbono. Eseel extremo de la molécula, en el que la carga participa en la hidratación, recoge moléculas de agua a su alrededor. El otro extremo se une a otras cosas no polares, como moléculas de grasa. Como resultado, se forman micelas: bolas, en las que sobresalen "colas" con una carga negativa, y en su interior se esconden "colas" y partículas de grasa y suciedad. La superficie se lava de la grasa y la suciedad debido al hecho de que el detergente une toda la grasa y la suciedad en dichas micelas.
Acidez y salud
Ya se ha mencionado que el pH es de gran importancia para el cuerpo humano. Además del tracto digestivo, es importante controlar el índice de acidez en otras partes del cuerpo: sangre, saliva, piel: los ambientes ácidos y alcalinos son de gran importancia para muchos procesos biológicos. Su definición le permite evaluar el estado del cuerpo.
Ahora las pruebas de pH están ganando popularidad: las llamadas pruebas rápidas para verificar la acidez. Son tiras regulares de papel indicador universal.
