Calculadora de pH / ácido-base

Mueve el control deslizante o introduce una concentración para convertir entre pH, pOH, [H⁺] y [OH⁻], y ver dónde se sitúa una solución en la escala ácido-base.

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Tres unidades de pH son un factor de mil 🖖

Como el pH es una medida logarítmica, cada unidad representa un cambio de diez veces en la concentración de iones hidrógeno: una solución de pH 3 no es «el doble de ácida» que una de pH 6, sino mil veces más concentrada en H⁺: tres unidades, tres potencias de diez. Por eso un cambio de solo 0,1 unidades de pH en el agua del océano, o un paso de pH 7,4 a 7,35 en la sangre humana, representa un cambio real y significativo en la concentración de iones, aunque los números parezcan pequeños. La escala existe porque [H⁺] en las soluciones cotidianas abarca más de 14 órdenes de magnitud —desde unos 10⁻¹⁴ mol/L en bases fuertes hasta 10⁰ mol/L en ácidos fuertes— y un logaritmo comprime ese rango enorme en un único número fácil de leer entre 0 y 14.

El pH en realidad cuenta iones 🖖

En el fondo, el pH solo indica cómo de apiñados están los iones hidrógeno libres (H⁺) en un líquido acuoso: cuanto más apiñados, más ácido. El agua pura se disocia ligeramente en cantidades iguales de H⁺ y OH⁻ (unos 10⁻⁷ mol/L de cada uno a temperatura ambiente), por eso el punto neutro cae en pH 7. Como pH + pOH siempre suma 14, conocer cualquiera de los valores —pH, pOH, [H⁺] u [OH⁻]— fija los otros tres, que es justo lo que hace esta herramienta.

Neutro no siempre es pH 7 🖖

Las reglas ordenadas de que neutro es pH 7 y que pH + pOH = 14 solo valen a 25°C. El agua se autoioniza más fácilmente cuando está caliente, así que su producto iónico Kw crece con la temperatura: el agua pura es neutra a unos pH 6.8 a temperatura corporal (37°C) y cerca de pH 6 casi hirviendo. El agua sigue siendo perfectamente neutra —igual H⁺ que OH⁻—, de modo que el famoso 7 es solo una coincidencia de la temperatura ambiente.

Problema resuelto al detalle

  1. Agua pura a pH 7 y un pequeño cambio de pH 5 pasos

    El agua pura tiene pH 7. Muestra por qué y luego calcula qué significa realmente un cambio "pequeño" de pH.

    1. El agua se autoioniza, y a 25 °C el producto de las concentraciones de los dos iones es fijo. En agua pura ambas son iguales por simetría, de modo que cada una es la raíz cuadrada de 10⁻¹⁴.

    2. El pH es menos el logaritmo en base diez de esa concentración. El logaritmo es todo el diseño: las concentraciones aquí abarcan catorce órdenes de magnitud, y una escala lineal sería inutilizable.

    3. Como el producto es fijo, los dos valores p deben sumar 14. La calculadora de arriba muestra ambos, y la neutralidad significa que son iguales, no "7" como tal. A 50 °C el agua neutra tiene un pH de 6.63, porque Kw depende de la temperatura.

    4. Ahora lee la escala correctamente. Una caída de tres unidades de pH no es un cambio del 43%; cada unidad es un factor de diez.

    5. Aplica eso a algo con una tolerancia estrecha. La sangre humana se mantiene entre 7.35 y 7.45.

    Respuesta

    pH 7.00, pOH 7.00, ambos iones en 1.00 × 10⁻⁷ mol/L. De pH 7 a pH 4 hay un aumento de mil veces en la acidez, por lo que la "lluvia ligeramente ácida" no es poca cosa. Y que la sangre caiga de 7.4 a 7.0 —un cambio que parece del 5%— es un aumento de 2.5 veces en la concentración de iones de hidrógeno y resulta fatal. Toda intuición sobre "cuánto" falla en esta escala a menos que primero deshagas el logaritmo.

Referencias (1)
  • The logarithmic definition and why one unit is a factor of ten: D. C. Harris, Quantitative Chemical Analysis, 9th ed., ch. 8. W. H. Freeman, 2015. ISBN 978-1-4641-3538-5.

Problemas de ejemplo

  • Ácido estomacal - Ácido estomacal pH 1.5: [H⁺] = 0.032 mol/L — unas 320 000 veces más ácido que el agua
  • Café - Café pH 5.0: [H⁺] = 1.0×10⁻⁵ mol/L — 100 veces más ácido que el agua
  • Agua pura - Agua pura pH 7.0: [H⁺] = [OH⁻] = 1.0×10⁻⁷ mol/L — perfectamente neutra
  • Lejía - Lejía pH 12.5: [OH⁻] = 0.032 mol/L — fuertemente básica