Ácidos, bases y la escala de pH
¿Qué significa que una solución sea ácida o básica (alcalina)?
Todo tiene que ver con los iones de hidrógeno (abreviados con el símbolo químico H+). En el agua (H2O), un pequeño número de moléculas se disocia (se divide). Algunas de las moléculas de agua pierden un hidrógeno y se convierten en iones de hidróxido (OH-). Los iones de hidrógeno «perdidos» se unen a las moléculas de agua para formar iones de hidronio (H3O+). Para simplificar, los iones de hidronio se denominan iones de hidrógeno H+. En el agua pura, hay el mismo número de iones de hidrógeno y de iones de hidronio. La solución no es ácida ni básica.
Un ácido es una sustancia que dona iones de hidrógeno. Por ello, cuando un ácido se disuelve en agua, el equilibrio entre iones de hidrógeno e iones de hidróxido se desplaza. Ahora hay más iones de hidrógeno que de hidróxido en la solución. Este tipo de solución es ácida.
Una base es una sustancia que acepta iones de hidrógeno. Cuando una base se disuelve en agua, el equilibrio entre los iones de hidrógeno y los iones de hidróxido se desplaza en sentido contrario. Como la base «absorbe» los iones de hidrógeno, el resultado es una solución con más iones de hidróxido que de hidrógeno. Este tipo de solución es alcalina.
La acidez y la alcalinidad se miden con una escala logarítmica llamada pH. He aquí la razón: una solución fuertemente ácida puede tener cien millones de millones, o cien billones (100.000.000.000.000) de iones de hidrógeno más que una solución fuertemente básica. La otra cara de la moneda, por supuesto, es que una solución fuertemente básica puede tener 100.000.000.000 de veces más iones de hidróxido que una solución fuertemente ácida. Además, las concentraciones de iones de hidrógeno e iones de hidróxido en las soluciones cotidianas pueden variar en todo ese rango.
Para tratar estos grandes números con mayor facilidad, los científicos utilizan una escala logarítmica, la escala de pH. Cada cambio de una unidad en la escala de pH corresponde a un cambio de diez veces en la concentración de iones de hidrógeno. La escala de pH es teóricamente abierta, pero la mayoría de los valores de pH están en el rango de 0 a 14. Es mucho más fácil utilizar una escala logarítmica en lugar de tener que escribir siempre todos esos ceros. Por cierto, ¿te has dado cuenta de que cien millones de millones es un uno con catorce ceros después? Para ser más precisos, el pH es el logaritmo negativo de la concentración de iones de hidrógeno:
Los corchetes alrededor del H+ significan automáticamente «concentración» para un químico. Lo que la ecuación significa es justo lo que dijimos antes: por cada cambio de 1 unidad en el pH, la concentración de iones de hidrógeno cambia diez veces. El agua pura tiene un pH neutro de 7. Los valores de pH inferiores a 7 son ácidos, y los superiores a 7 son alcalinos (básicos). La tabla 1 contiene ejemplos de sustancias con diferentes valores de pH (Decelles, 2002; Environment Canada, 2002; EPA, fecha desconocida).
| Valor de pH | Concentración de H+ Respecto al agua pura |
Ejemplo |
| 0 | 10 000 000 | ácido de batería |
| 1 | 1 000 000 | ácido gástrico |
| 2 | 100 000 | zumo de limón, vinagre |
| 3 | 10 000 | zumo de naranja, soda |
| 4 | 1 000 | jugo de tomate, lluvia ácida |
| 5 | 100 | café negro, plátanos |
| 6 | 10 | urina, leche |
| 7 | 1 | agua pura |
| 8 | 0.1 | agua de mar, huevos |
| 9 | 0,01 | bicarbonato de sodio |
| 10 | 0.001 | Grande lago salado, leche de magnesia |
| 11 | 0.000 1 | solución de amoníaco |
| 12 | 0,000 01 | agua jabonosa |
| 13 | 0.000 001 | blanqueador, limpiador de hornos |
| 14 | 0.000 000 1 | limpiador líquido de desagües |
Tabla 1. La escala de pH: Algunos ejemplos