Aunque es posible tener un valor de pH fuera del rango convencional de 0-14, las limitaciones impuestas por los instrumentos y la solución misma nos impiden medir tales sustancias.
El agua comúnmente se conoce como una solución neutra con un pH de 7. Las soluciones que parecen ácidas tienen un pH menor a 7, mientras que las que son básicas tienen un pH mayor a 7. Sin embargo, ¿qué significan estos números y todas las soluciones caen dentro del rango de 0-14?
¿Qué es la escala de pH?
La escala de pH se utiliza para determinar la acidez o basicidad de una sustancia y cuantificar su fuerza. El valor de pH es un número que generalmente varía de 1 a 14 para la mayoría de los productos químicos comunes, siendo 7 considerado neutral. Los valores por debajo de 7 indican acidez, siendo los números más bajos representativos de una mayor acidez, mientras que los valores por encima de 7 indican alcalinidad, siendo los números más altos representativos de una mayor alcalinidad. Es importante tener en cuenta que la escala de pH no es lineal, sino logarítmica.
Una escala de pH (Crédito de la foto: BlueRingMedia/ Shutterstock)
La definición formal de pH establece que es una medida de la actividad de los iones de hidrógeno en un solvente dado. La actividad se refiere al movimiento libre de los iones de hidrógeno, lo cual solo es posible cuando el producto químico se ha ionizado y ha liberado iones en la solución.
Fórmula del pH
La fórmula para calcular el pH se representa de la siguiente manera: pH=−log10[Hsolvated].
Esta ecuación es logarítmica y tiene una base de 10. En esta escala, una sustancia con un pH de 3 es diez veces más ácida que una sustancia con un pH de 4, y 100 veces más ácida que una sustancia con un pH de 5. De manera similar, una sustancia con un pH de 9 es diez veces más alcalina que una sustancia con un pH de 8, y 1000 veces más alcalina que una sustancia con un pH de 6.
¿Qué significa la P en pH?
La historia detrás del descubrimiento de la escala de pH es bastante interesante. El concepto de pH fue introducido por primera vez por un químico llamado Soren Peder Lauritz, quien trabajaba en el Laboratorio Carlsberg en Copenhague, Dinamarca. La primera mención de este término se veía así: pH, una p pequeña con una H en el subíndice.
Químico danés Soren Peter Lauritz (Crédito de la foto: Dominio público/Wikimedia Commons)
Mientras que la H representa la concentración de iones de hidrógeno en la que se basa todo el concepto, el significado exacto de la p es objeto de un intenso debate. La escala mide esencialmente una diferencia potencial entre diferentes soluciones contando la potencia negativa de diez. Ambas palabras, «potencia» y «potencial», comienzan con p en los tres idiomas (francés, alemán y danés) que Sorensen hablaba y en los que publicó su investigación. Debido a esta ambigüedad, el significado de la p sigue siendo uno de los grandes misterios en el campo de la química, aunque no es algo demasiado crítico para el concepto en sí.
¿Pueden existir valores de pH fuera del rango de 0-14?
Teóricamente, la escala de pH debería ir desde menos infinito hasta más infinito. Esto es según su definición, que establece que el pH de una sustancia es el valor definido por el logaritmo negativo de la concentración de iones de hidrógeno. Sin embargo, en realidad, la mayoría de las soluciones encontradas en un laboratorio estándar tienen un valor de pH entre 0 y 14. Esto se debe a que se necesitarían soluciones extremadamente ácidas o básicas para alcanzar niveles de pH por debajo de 0 o por encima de 14, respectivamente.
Se supone que una solución saturada de hidróxido de sodio (NaOH) tiene un pH de 15 según su molaridad. Sin embargo, el producto químico no puede solvatarse completamente debido a la presencia de agua, lo cual dificulta la descomposición de moléculas más grandes. Esto resulta en una disminución en la liberación de iones hidróxido (OH–), que son iones que absorben iones de hidrógeno, aumentando así el pH de la solución.
¿Es posible tener un pH negativo?
De hecho, es posible lograr una calificación de pH negativa. En la práctica, cualquier ácido que produzca una concentración de iones de hidrógeno con una molaridad mayor que uno tendrá un pH negativo cuando se calcule. Sin embargo, si un ácido realmente tiene un valor de pH negativo no se puede verificar de manera efectiva en un laboratorio.
El uso de un medidor de pH con electrodo de vidrio es necesario para medir el pH de una solución de ácido clorhídrico (HCl) de 12 M, ya que el papel de tornasol solo puede indicar si el pH es superior o inferior a siete. Sin embargo, incluso los medidores de pH con electrodo de vidrio tienen limitaciones, como el error ácido, que hace que midan un pH más alto que el valor real. Además, los ácidos fuertes no se disocian completamente en agua, lo que resulta en una concentración efectiva de iones de hidrógeno que es menor que la concentración real. Esto lleva a un pH más alto de lo esperado en función de su molaridad. En última instancia, el pH se convierte en una medida ineficaz fuera del rango convencional de 0-14, y en su lugar se debe usar la concentración, como la molaridad, para soluciones altamente concentradas. A pesar de estas limitaciones, los avances en instrumentos y técnicas de medición pueden mejorar la precisión de las mediciones de pH extremas en el futuro.