Cálculo del pH para conocer la acidez y basicidad de una disolución

El pH es una medida de la acidez o basicidad en una solución química. Consiste en una escala que va desde el 0 al 14 cuando se mide en una disolución acuosa. Un valor de pH inferior a 7 se obtiene a partir de una solución ácida, un valor de pH igual a 7 es una solución neutra y un valor de pH mayor a 7 se obtiene a partir de una solución básica.

¿Qué se necesita saber para calcular el pH?

Para calcular el pH de una disolución acuosa se necesita saber la concentración de los iones hidronio en moles por litro, es decir, su concentración molar. Para calcular el pH se usa la siguiente expresión:

pH = – log [H₃O⁺]

Para un ácido fuerte, como es el caso del ácido clorhídrico (HCl), con una molaridad de 0,02 M o mol/L, la concentración de iones hidronio será la misma que la del ácido, ya que está completamente ionizado, tal como se muestra en la siguiente ecuación.

HCl -> H₃O⁺ + Cl^–

Por lo tanto, el pH se puede calcular:

pH = – log [H₃O⁺] = – log [0,02] = 1,69

Para un ácido débil, como puede ser el caso del ácido acético (CH₃COOH) y la mayoría de los ácidos orgánicos, la concentración del ácido no coincide con la de los iones hidronio debido a que el ácido está parcialmente disociado, dándose un equilibrio. Por eso, que es necesario saber tanto la concentración del ácido como el grado de disociación para conocer el pH de la disolución.

Así por ejemplo, para un ácido débil, como es el acético, de concentración 0,02 M y un grado de disociación del 5%, la concentración de iones hidronio, y por tanto, el pH, se puede calcular así:

pH = – log [H₃O⁺] = – log [ C · alfa ] = – log (0,02 · (5/100)) = 3

Cálculo de la concentración de iones hidronio a partir del pH

La concentración de iones hidronio se puede calcular a partir del pH haciendo la operación matemática inversa a la que se emplea para calcular el pH:

pH = – log [H₃O⁺]

[H₃O⁺] = 10 ^–pH

Es por ello, que para un pH = 6,3; la concentración de iones hidronio sería:

6,3 = – log [H₃O⁺]

– 6,3 =  log [H₃O⁺]

[H₃O⁺] = 10 ^{– 6,3} = 5,011.10^-7

Cálculo del pOH

Para conocer el pOH, es decir, el grado de basicidad de una disolución acuosa, se necesita saber la concentración de iones hidróxido de una disolución de base fuerte, o la concentración de una base débil junto a su grado de disociación. Siguiendo como ejemplo lo realizado con la concentración de aniones hidronio, para una base fuerte como el hidróxido sódico (NaOH) con una concentración 0,02 M se puede decir que:

pOH = – log [OH^–]

pOH = – log [0,02] = 1,69

La relación del pOH con el pH, es igual a:

pH + pOH = 14

pH + 1,69 = 14

pH = 14 – 1,69 = 12,21

También es posible calcular la concentración de iones hidróxido a partir de un valor de pOH, así por ejemplo para un valor de pOH de 2,56:

2,56 = – log [OH^–]

– 2,56 = log [OH^–]

[OH^–] = 10^-2,56 = 2,75.10^-3 M

Ejemplos prácticos

Ejemplo 1. Calcular el pH para una disolución cuya concentración de aniones hidronio es  [H₃O⁺] = 1,4.10 ^-5 M.

Solución

pH = -log [H₃O⁺]
pH = -log [1,4.10 ^-5]
pH = 4,85

Ejemplo 2. Calcular la concentración de [H₃O⁺] a partir de un pH de 8,5.

Solución

[H₃O⁺] = 10 ^-pH
[H₃O⁺] = 10 ^-8,5
[H₃O⁺] = 3,2.10 ^-9 M

Ejemplo 3. Calcular el pH de una disolución, si la concentración de H₃O⁺ es de 0,0001 moles por litro.

Solución

pH = – log (0,0001) = 4

Ejemplo 4. Encuentre el pH de una solución de 0,03 M de ácido clorhídrico, HCl.

El ácido clorhídrico es un ácido fuerte que se disocia de acuerdo con una relación molar 1:1 en iones hidronio y aniones cloruro. Por lo tanto, la concentración de iones hidronio es exactamente la misma que la concentración de la solución ácida.

Respuesta

[H₃O⁺]= 0,03 M

pH = – log (0,03)
pH = 1,5

Cuando se realizan cálculos para calcular el pH, debe comprobarse siempre que las respuestas tengan sentido. Un ácido debe tener un pH mucho menor que 7 (por lo general 1 a 3), mientras que una base tiene un alto valor de pH (generalmente alrededor de 11 a 13). Si bien en teoría es posible calcular un pH negativo, en la práctica los valores de pH debe estar entre 0 y 14. Esto significa que un pH superior a 14 indica que se ha debido dar algún tipo de error.

Fuentes

• Calculating_pH and pOH. (2021). Retrieved 17 March 2021, from https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Equilibrium/Calculating_pHandpOH.htm