Escala de pH
La escala de pH mide qué tan ácida o básica es una disolución en una escala de 0 a 14, donde 7 es neutro, por debajo de 7 es ácido, y por encima de 7 es básico.
Formula
\text{pH} = -\log_{10}[\text{H}^+]
Definition
La escala de pH es una línea numérica, típicamente de $0$ a $14$, que mide qué tan ácida o básica es una disolución con base en su concentración de iones hidrógeno: $7$ es neutro, los números más bajos son ácidos, y los números más altos son bases, y como la escala es logarítmica cada paso de una unidad de pH representa un cambio de diez veces en la concentración de iones hidrógeno. Formalmente, $\text{pH} = -\log_{10}[H^+]$ (estrictamente, la actividad del ion hidrógeno), y en el agua se conecta con el pOH mediante el producto iónico $K_w = [H^+][OH^-] = 1.0 \times 10^{-14}$ a $25^\circ\text{C}$, así que $\text{pH} + \text{pOH} = 14$; el pH neutro es exactamente $7$ solo a $25^\circ\text{C}$, ya que $K_w$ sube con la temperatura, y la escala no está verdaderamente acotada, ya que los ácidos fuertes muy concentrados pueden alcanzar pH negativo y las bases fuertes muy concentradas pueden exceder $14$.
Example
El agua pura se ubica en pH $7$, el jugo de limón alrededor de $2$, la leche alrededor de $6.5$, el agua con bicarbonato de sodio alrededor de $8$, y el blanqueador alrededor de $12.5$, así que una disolución en pH $3$ tiene $10$ veces más iones hidrógeno que una en pH $4$ y $1{,}000$ veces más que una en pH $6$, razón por la cual la sangre humana se debe mantener estrictamente entre $7.35$ y $7.45$. Una disolución de $HCl$ $0.0050\text{ M}$ tiene $\text{pH} = -\log(0.0050) = 2.30$, mientras que $NaOH$ $0.020\text{ M}$ da $\text{pOH} = 1.70$ y $\text{pH} = 12.30$, y un amortiguador de ácido acético y acetato mantiene el pH cerca de su $\text{p}K_a$ de $4.76$ siguiendo la ecuación de Henderson-Hasselbalch, $\text{pH} = \text{p}K_a + \log([A^-]/[HA])$.
Key Insight
La lluvia ácida a pH $4$ no es solo un poco más ácida que la lluvia limpia a pH $5.6$; lleva aproximadamente $40$ veces la concentración de iones hidrógeno, suficiente para matar peces y disolver estatuas de piedra caliza, ya que un número de pH más bajo siempre significa un ácido más fuerte aunque parezca un número más pequeño. Sorensen introdujo el pH en 1909 para simplificar la química de la elaboración de cerveza, y el logaritmo en realidad es todo el punto de la escala, ya que las concentraciones de iones hidrógeno abarcan más de catorce órdenes de magnitud y ninguna escala lineal ordinaria podría acomodar tanto el ácido estomacal como el limpiador de drenajes en el mismo eje.