Como calcular o pH de ácidos, bases e tampões

A definição

pH = −log₁₀[H⁺], em que [H⁺] é a concentração de íons hidrogênio em mol/L. Cada unidade de pH é uma mudança de dez vezes na concentração. A 25 °C, pH + pOH = 14.

Ácidos e bases fortes

Ácidos fortes como o HCl se ionizam por completo, então [H⁺] é igual à concentração do ácido. HCl 0,01 M tem pH −log(0,01) = 2,00. Para uma base forte, calcule o pOH a partir de [OH⁻] e subtraia de 14: NaOH 0,01 M tem pOH 2 e pH 12.

Ácidos fracos

Um ácido fraco se ioniza só em parte, conforme a sua constante de acidez K_a. Se o ácido não estiver muito diluído, [H⁺] ≈ √(K_a × C). Para ácido acético 0,1 M, pK_a 4,76: √(10^−4,76 × 0,1) = 1,3 × 10⁻³ M, então o pH fica em torno de 2,9.

Tampões

Um tampão é um ácido fraco com a sua base conjugada. A equação de Henderson-Hasselbalch dá o seu pH: pH = pK_a + log([A⁻] ÷ [HA]). Para um tampão acetato em pH 5,0 a razão base/ácido é 10^{5,0 − 4,76} = 1,74. Um tampão funciona melhor a até cerca de 1 unidade do seu pK_a.

Calculadoras

A Calculadora de pH trabalha com [H⁺], pOH, [OH⁻] e ácidos e bases fortes ou fracos. A Calculadora de tampão dá a razão e as quantidades de ácido e base para um tampão de concentração e volume definidos.

Mais exemplos resolvidos

Misturando um ácido e uma base. 50 mL de HCl 0,1 M com 25 mL de NaOH 0,1 M: 5,0 mmol de ácido menos 2,5 mmol de base deixam 2,5 mmol de ácido em 75 mL, 0,0333 M. pH = −log(0,0333) = 1,48.
Uma base fraca. Amônia 0,1 M, pKb 4,75: [OH−] ≈ √(10^−4,75 × 0,1) = 1,3 × 10⁻³ M, pOH 2,88, então o pH é cerca de 11,1.
Um ácido muito diluído. HCl 10⁻⁸ M não tem pH 8. A própria água fornece 10⁻⁷ M de H+, mais que o ácido, então o pH é cerca de 6,98, logo abaixo do neutro.

Temperatura

pH + pOH = 14 vale só a 25 °C. A 37 °C a soma é cerca de 13,6, então a água neutra tem pH de cerca de 6,8. Ela continua neutra, porque [H+] continua igual a [OH−].

Erros comuns

Esquecer a diluição ao misturar. As concentrações mudam quando duas soluções se juntam. Trabalhe em mols e divida pelo volume total.
Usar milimolar no log. Converta para mol/L antes. 1 mM é 10⁻³ M, pH 3 para um ácido forte, não −log(1) = 0.
Um medidor não calibrado. Calibre o pHmetro com pelo menos dois tampões que cubram o valor esperado, como pH 4 e 7 para amostras ácidas.

Como calcular o pH