Cómo calcular el pH

La definición

pH = −log₁₀[H⁺], donde [H⁺] es la concentración de iones hidrógeno en mol/L. Cada unidad de pH es un cambio de diez veces en la concentración. A 25 °C, pH + pOH = 14.

Ácidos y bases fuertes

Los ácidos fuertes como el HCl se ionizan por completo, así que [H⁺] es igual a la concentración del ácido. El HCl 0,01 M tiene pH −log(0,01) = 2,00. Para una base fuerte, calcula el pOH a partir de [OH⁻] y réstalo de 14: el NaOH 0,01 M tiene pOH 2 y pH 12.

Ácidos débiles

Un ácido débil solo se ioniza en parte, según su constante de acidez K_a. Si el ácido no está muy diluido, [H⁺] ≈ √(K_a × C). Para ácido acético 0,1 M, pK_a 4,76: √(10^−4,76 × 0,1) = 1,3 × 10⁻³ M, así que el pH es de unos 2,9.

Tampones

Un tampón es un ácido débil con su base conjugada. La ecuación de Henderson-Hasselbalch da su pH: pH = pK_a + log([A⁻] ÷ [HA]). Para un tampón acetato a pH 5,0 la proporción base/ácido es 10^{5,0 − 4,76} = 1,74. Un tampón funciona mejor a menos de 1 unidad de su pK_a.

Calculadoras

La Calculadora de pH trabaja con [H⁺], pOH, [OH⁻] y ácidos y bases fuertes o débiles. La Calculadora de tampones da la proporción y las cantidades de ácido y base para un tampón de una concentración y un volumen dados.

Más ejemplos resueltos

• Mezclar un ácido y una base. 50 mL de HCl 0,1 M con 25 mL de NaOH 0,1 M: 5,0 mmol de ácido menos 2,5 mmol de base dejan 2,5 mmol de ácido en 75 mL, 0,0333 M. pH = −log(0,0333) = 1,48.
• Una base débil. Amoníaco 0,1 M, pKb 4,75: [OH−] ≈ √(10^−4,75 × 0,1) = 1,3 × 10⁻³ M, pOH 2,88, así que el pH es de unos 11,1.
• Un ácido muy diluido. El HCl 10⁻⁸ M no tiene pH 8. El agua aporta por sí misma 10⁻⁷ M de H+, más que el ácido, así que el pH es de unos 6,98, justo por debajo de neutro.

La temperatura

pH + pOH = 14 solo vale a 25 °C. A 37 °C la suma es de unos 13,6, así que el agua neutra tiene un pH de unos 6,8. Sigue siendo neutra, porque [H+] sigue siendo igual a [OH−].

Errores frecuentes

• Olvidar la dilución al mezclar. Las concentraciones cambian al juntar dos disoluciones. Trabaja en moles y divide entre el volumen total.
• Meter milimolar en el logaritmo. Pasa antes a mol/L. 1 mM es 10⁻³ M, pH 3 para un ácido fuerte, no −log(1) = 0.
• Un medidor sin calibrar. Calibra el pH-metro con al menos dos tampones que abarquen el valor esperado, como pH 4 y 7 para muestras ácidas.