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B2Q U07.3.1 Concepto de pH y pOH - Contenido educativo

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Subido el 21 de agosto de 2021 por Raúl C.

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Hola a todos, soy Raúl Corraliza, profesor de química de segundo de bachillerato en el IES 00:00:16
arquitecto Pedro Gumiel de Alcalá de Hinares, y os doy la bienvenida a esta serie de videoclases 00:00:22
de la unidad 7 dedicada a la primera parte del estudio de las reacciones ácido-base. 00:00:27
En la videoclase de hoy estudiaremos el concepto de pH y pOH. 00:00:36
En esta videoclase vamos a estudiar el concepto de pH y pOH como una forma de medir la acidez 00:00:41
o la basicidad de una disolución. En sentido estricto, podríamos utilizar la concentración 00:00:54
de iones oxidáneos de iones hidróxido para caracterizar el grado de acidez o basicidad 00:01:01
de una disolución. De hecho, lo hemos estado haciendo en la videoclase anterior, cuando 00:01:08
decíamos que en una disolución ácida la concentración de iones oxidáneos era mayor 00:01:12
que 10 a la menos 7 o bien la de hidróxido es menor a 10 a la menos 7. Y en el caso de 00:01:17
la disolución básica, la concentración de iones hidróxido es mayor que 10 a la menos 7 y la de 00:01:22
oxidáneos menor que 10 a la menos 7, todo ello en unidades de molaridad. El problema que tiene 00:01:28
utilizar la concentración es que toma valores en un rango de varios órdenes de magnitud y nos pasa 00:01:34
un poco lo que ocurría con las constantes de acidez y de basicidad, que a la hora de tabularlo 00:01:40
o a la hora de considerarlo, tener un rango tan amplio supone un problema. Consecuentemente lo 00:01:44
que se hace es definir una magnitud que varíe en el mismo sentido en el que lo hacen las 00:01:50
concentraciones de oxidáneos e hidróxidos, que cuando uno aumenta la otra aumenta, etc., 00:01:56
pero que tome valores en un rango más estrecho. Y entonces lo que se hace es definir el pH 00:02:01
como menos el logaritmo decimal de la concentración de iones oxidáneo, oxidáneo o bien hidrones 00:02:06
en un momento dado. Puesto que en disoluciones ácidas la concentración de iones oxidáneo 00:02:13
es mayor que 10 a la menos 7 molar, el pH en ese caso va a ser menor que 7. En disoluciones 00:02:18
neutras la concentración de iones oxidáneos es igual a 10 a la menos 7 molar, lo habíamos 00:02:25
calculado a partir del producto iónico del agua. Bien, pues consecuentemente en disoluciones 00:02:29
neutras el pH es idénticamente igual a 7. En disoluciones básicas la concentración 00:02:33
de iones oxidáneos era menor que 10 a la menos 7 molar, consecuentemente en disoluciones 00:02:38
básicas, el pH va a ser mayor que 7. Como podéis ver, en términos generales, en disolución acuosa, 00:02:43
el pH va a tomar valores entre 0 y 14. Eso no prohíbe que haya pHs negativos, no prohíbe que 00:02:50
haya pHs mayores que 14, pero se van a dar en circunstancias, en condiciones que nosotros no 00:02:57
vamos a estudiar en este curso. En este diagrama tenemos representadas distintas sustancias en 00:03:01
función de su carácter ácido base. En el eje de abstizas tenemos representado la concentración 00:03:09
de iones hidrón en unidades de molaridad. En el eje de ordenadas tenemos una escala de pH. Fijaos 00:03:15
en que cuanto menor es la concentración de iones hidrón mayor es el pH y aquí tenemos el valor 00:03:22
más bajo 10 elevado a menos 14 molar en concentración de hidrón asociado con el valor de pH más alto 00:03:27
igual a 14. Y aquí tenemos el valor más alto de concentración de iones hidrón, 10 elevado a 0, 00:03:33
que es igual a 1 molar, que se corresponde con el valor más bajo de pH igual a 0. Justo en el 00:03:39
centro del diagrama tenemos el agua pura con un pH por definición igual a 7. Conforme vamos avanzando 00:03:46
a lo largo de la escala de concentración de hidrones creciente, incrementando carácter ácido, 00:03:52
bajando el pH. Nos encontramos con la leche, con un pH relativamente neutro, en torno a 6,3-7,6. 00:03:59
El café negro, con un pH en torno a 5. El tomate, con un pH en torno al 4. Vino, un poquito más de 3. 00:04:07
Bebidas carbonatadas, en torno al 3. Vinagre, entre el 2,4-3,4. Zumo de limón, entre 2,2 y 2,4. 00:04:17
los jugos gástricos, que fundamentalmente son ácido clorhídrico, con un pH comprendido entre 1 o 3, 00:04:25
el ácido de batería, con un pH igual a 1, esto se corresponde con ácido sulfúrico, 00:04:33
y aquí, en el extremo, tenemos ácido clorhídrico con una concentración 1 molar y un pH igual a 0. 00:04:38
En sentido contrario, disminuyendo la concentración de iones hidrón, o sea, incrementando el carácter básico, 00:04:46
aumentando el valor del pH. Por encima de 7 tenemos la sangre, en torno a 7,3-7,5. El agua 00:04:53
de mar, con un pH en torno a 8. Una disolución de bicarbonato de sodio, 8,4. Bórax, leche de 00:05:00
magnesia, una disolución de magnesio, en torno a 10,5. Aquí tenemos lejía y amoníaco, son ambas 00:05:07
sustancias con carácter básico y con un pH en torno a 11, como podéis apreciar. Y en el extremo 00:05:14
de esta escala tenemos una disolución 1 molar de hidróxido de sodio, que tiene el valor de pH más 00:05:21
alto en esta representación, igual a 14. En estos diagramas podemos observar la variación del pH de 00:05:26
una disolución en función de la concentración de ácido a la izquierda o de base a la derecha 00:05:34
que contenga. En ambos casos lo que hacemos es partir de 50 mililitros de agua pura, de agua 00:05:39
destilada. Nos encontramos en este punto y en este punto del diagrama donde lo 00:05:45
que tenemos es en ambos casos un pH igual a 7. Y lo que hacemos es en el 00:05:51
diagrama de la izquierda correspondiente al carácter ácido añadir poco a poco 00:05:56
ciertos volúmenes de una disolución de ácido clorhídrico 0,2 molar y en el 00:06:01
diagrama de la derecha añadir pequeños volúmenes de una disolución de hidróxido 00:06:07
de sodio 0,2 molar. Lo que podemos observar en ambos casos es análogo. Ya con un muy pequeño 00:06:11
volumen de la disolución del ácido o de la base que se introduzca dentro del agua destilada, 00:06:19
el pH sufre un cambio drástico. En el caso de la disolución ácida, por centrarnos en una de las 00:06:24
dos, en cuanto añadimos 1, 2, 3 mililitros de esa disolución de ácido clorhídrico 0,2 molar, 00:06:29
el pH baja desde 7 hasta valores mucho más pequeños, 4, 3, incluso 2, con un volumen 00:06:35
de aproximadamente unos 4 ml. Conforme seguimos añadiendo un mayor volumen de esa disolución 00:06:42
de ácido clorhídrico 0,2 molar, vemos como el pH sigue decreciendo, pero ya a un ritmo 00:06:50
mucho más atenuado. Esta función tiene una asíntota horizontal que se corresponde con 00:06:56
el valor de pH 0,7, que es el que corresponde a una disolución de ácido clorhídrico 0,2 molar. 00:07:01
Lo mismo que estamos viendo en el diagrama de la izquierda para una disolución con carácter ácido 00:07:09
es lo que podemos leer en el diagrama de la derecha para la disolución de carácter básico. En cuanto 00:07:13
añadimos 2, 3, 4 mililitros de esa disolución de hidróxido de sodio 0,2 molar, el pH sube, 00:07:18
experimenta una subida drástica, un pH 11 hasta 12. Conforme continuamos añadiendo un mayor volumen 00:07:25
de esa disolución de hidróxido de sodio, el pH continúa ascendiendo, pero ya a un ritmo mucho 00:07:33
más bajo, hasta alcanzar el valor de la asíntota horizontal, que sería 13,3, que se corresponde con 00:07:38
el pH de una disolución de hidróxido de sodio 0,2 molar. Lo importante de estos diagramas, como he 00:07:44
dicho es que ya sólo con una pequeña cantidad de ácido o de base que entre en el agua, que forme 00:07:51
parte de la disolución, el pH va a experimentar un cambio drástico, un cambio grande. De forma 00:07:56
análoga a cómo se define el pH en función o a partir de la concentración de iones oxidáneo o 00:08:03
bien de iones hidrón en la disolución, se puede definir el pOH a partir de la concentración de 00:08:10
iones hidróxido. Si el pH era menos el logaritmo decimal de la concentración de 00:08:17
iones oxidanio, el pOH se define como menos el logaritmo decimal de la 00:08:23
concentración de iones hidróxido. De forma análoga a lo que ocurría con el 00:08:27
pH, el pOH va a tomar valores entre 0 y 14, de la forma más habitual. En el caso 00:08:33
de disoluciones con carácter ácido, la concentración de iones hidróxido es 00:08:39
menor que 10 a la menos 7 molar y, consecuentemente, el pOH va a ser mayor que 7. En disoluciones 00:08:43
neutras, la concentración de iones hidróxido va a ser idénticamente igual a 10 a la menos 00:08:49
7 molar y, consecuentemente, el pOH va a ser idénticamente igual a 7. Y en el caso de 00:08:54
disoluciones con carácter básico, la concentración de iones hidróxido va a ser mayor que 10 00:08:58
a la menos 7 molar y, en consecuencia, el pOH será menor que 7. Fijaos en que pH y 00:09:03
pOH presentan variación inversa. Puesto que la concentración de iones oxidanio e hidróxido 00:09:10
están relacionadas entre sí a través del producto iónico del agua, el producto de 00:09:18
ambas es igual a 10 elevado a menos 14, si tomamos menos logaritmos decimales en ambos 00:09:22
miembros en esta ecuación y atendemos a la definición de pOH y de pH, podemos comprobar 00:09:28
que siempre se debe cumplir que la suma del pH y del pOH debe ser igual a 14. Así pues, 00:09:35
en muchas ocasiones será suficiente con calcular una de las dos magnitudes pH o pOH y calculando 00:09:42
la diferencia hasta 14 podríamos calcular la otra. Como ejemplo, vamos a calcular el pH y el pOH en 00:09:47
algunas de las disoluciones que habíamos utilizado como ejemplo en la videoclase anterior. Por 00:09:56
ejemplo, una disolución de ácido nítrico, que es un ácido fuerte, 0,5 molar. Bien, ya calculamos la 00:10:00
concentración de iones oxidáneo, 0,5 molar, la de iones hidróxido, 2 por 10 a la menos 14, y podemos 00:10:07
calcular pH y pOH con sus definiciones, obteniendo para el pH un valor 0,3, realmente bajo, esta 00:10:14
disolución es realmente con carácter ácido bastante fuerte, no más, no el ácido nítrico es un ácido 00:10:20
fuerte. Y en el caso del POH, 14-0,3, obtenemos el valor 13,7. En el caso del amoníaco, que es una 00:10:25
base débil con una constante 1,8 por el sal a menos 5, en el caso de una disolución de amoníaco 00:10:35
con concentración 0,5 molar, calculamos las concentraciones de iones oxidáneo e hidróxido y 00:10:40
podemos comprobar cómo el valor de pH es 11,5, un valor alto. Realmente esta disolución tiene 00:10:45
carácter básico, un carácter básico muy marcado, y un pOH igual a 2,5. 11,5 más 2,5 igual a 14, 00:10:51
como podéis ver. Este ejemplo está bien no sólo para que podáis comprobar cómo se puede calcular 00:10:59
el pH y el pOH, no tiene más misterio, es menos el logaritmo decimal de la concentración que 00:11:04
corresponda, sino también para que veáis que concentraciones 0,5 molar no son concentraciones 00:11:09
especialmente altas, pero en cualquier caso la diferencia entre una sustancia con carácter fuerte 00:11:15
y una sustancia con carácter débil no es tan tan tan tan exagerada como pudiéramos esperar en lo 00:11:21
que refiere a la escala de pH y pOH. Sí en lo que respecta a la escala de concentraciones, pero no 00:11:28
en la escala de pH y pOH. Fijaos que la disolución del ácido fuerte tiene una concentración de iones 00:11:33
oxidaño 0,5 molar, mientras que la disolución de la misma concentración de una base débil tiene 00:11:40
una concentración de iones hidróxido sólo 0,003 molar. Eso hace que el pH en el caso del ácido 00:11:47
fuerte sea 0,3, muy próximo a cero, mientras que el caso del pOH en el caso de la disolución de la 00:11:56
base es 2,5, no tan próximo a cero. Así pues, en la línea de lo que habíamos comentado anteriormente, 00:12:05
en cuanto a partir del agua pura añadimos una pequeña cantidad de ácido a una pequeña cantidad 00:12:12
de base, con independencia de que el ácido o la base sean fuertes o débiles, el pH experimenta 00:12:17
un cambio súbito bastante grande. Y la diferencia entre fuerte o débil no se encuentra en es próximo 00:12:21
o alejado a 7, sino es próximo a 0 o a 14 mirando el pH o el pOH. Otra de las razones por la que 00:12:29
preferimos utilizar el pH o el pOH como las magnitudes que permitan caracterizar el carácter 00:12:39
ácido base de una disolución frente a las magnitudes que son naturales, como la 00:12:45
concentración de iones oxidanio o de iones hidróxido, es que el pH o el pOH es 00:12:50
una magnitud que es muy sencilla de medir. Uno de los dispositivos más 00:12:56
directos para medir el pH es este que tenemos aquí, se denomina pHímetro. 00:13:01
No tiene más que una sonda que se introduce dentro de la disolución cuyo 00:13:06
pH queremos determinar. Va asociado a un dispositivo electrónico en el cual 00:13:09
podemos leer en el display el valor de pH o pOH que corresponda. El principio de funcionamiento 00:13:13
de los pH-metros no es más que el comparar la conductividad o bien la resistencia eléctrica 00:13:19
de la disolución que queremos testar con una disolución patrón. La razón por la cual en 00:13:26
función del pH cambia la resistencia a la conductividad eléctrica es algo que estudiaremos 00:13:32
más adelante en la unidad 10 que estará dedicada al estudio de las reacciones redox. Como podéis 00:13:37
ver aquí tenemos dispositivos que son muy caros y muy sofisticados y que tienen un grado de precisión 00:13:43
muy elevado para el uso en un laboratorio. Y luego tenemos dispositivos más baratos, más sencillos, 00:13:49
con una precisión mucho más baja y que puede ser aceptable para usos domésticos, para ver el pH de 00:13:54
un acuario, por ejemplo. Otra forma de determinar el pH es utilizando lo que se denominan indicadores 00:14:01
de pH. Son sustancias que experimentan un cambio de color de uno a otro en un determinado 00:14:09
punto específico de pH. Entonces, por ejemplo, supongamos que queremos determinar el pH de 00:14:15
una cierta disolución desconocida y vamos a empezar utilizando un indicador de pH que 00:14:21
es este, la fenoftaleína, que como veis cambia de color blanco a un color rojo intenso en 00:14:25
un pH en torno a un valor 9. Tenemos un matraz donde tenemos un poco de agua destilada, 00:14:33
introducimos un poco de fenoftaleína y dejamos caer una gota o dos gotas o tres gotas o cuatro 00:14:40
gotas, lo que sea necesario de esa disolución desconocida. Si vemos que la disolución que 00:14:46
contenía fenoftaleína cambia de color y se vuelve roja, sabemos que el pH de la disolución 00:14:52
desconocida que queremos determinar tiene un valor superior a 10. Si no cambia de color, podemos pensar 00:14:57
en un principio que no tenemos una concentración suficiente de la sustancia ácido base, por eso 00:15:03
de cero añadimos una gota, dos gotas, tres gotas y si no cambiara de color tenemos garantizado que el 00:15:08
pH de la disolución tiene un valor por debajo del valor 8. Bueno, pues supongamos que tenemos una 00:15:14
disolución transparente, no ha habido un cambio de color. Bueno, pues con esto sabemos que el pH de 00:15:21
la disolución tiene que estar por debajo de 8. Vamos a probar a continuación con un segundo 00:15:26
indicador, por ejemplo con el rojo de etilo. Igual que antes, tenemos un matraz blanco, echamos agua 00:15:31
destilada, echamos unas gotas de rojo de etilo y dejamos caer una, dos, tres gotas de la disolución 00:15:37
desconocida para ver si experimenta o no un cambio de color. Como podéis ver aquí, el rojo de etilo 00:15:43
cambia de transparente a rojo en un pH de en torno a 5. Supongamos que al añadir una, dos, 00:15:49
tres gotas de la disolución desconocida, vemos que esa disolución inicial de rojo de etilo cambia a 00:15:56
color rojo. Bueno, pues con esto ya sabemos que, por un lado, con el primer indicador el pH de la 00:16:01
disolución debe ser inferior a 8, pero con este segundo indicador ya sabemos que el pH de la 00:16:06
disolución asimismo tiene que ser superior a 6. Así que entre 6 y 8 tiene que estar el pH de la 00:16:12
disolución. Obrando de esta manera, encadenando uno tras otro distintos indicadores, podemos ir 00:16:18
acotando ese intervalo y podríamos determinar en un momento dado cuál es el valor de pH de 00:16:25
cualquier disolución, teniendo una batería de indicadores lo suficientemente amplia. La 00:16:30
utilización en cadena de estas sustancias indicadores de pH es algo bastante engorroso 00:16:36
y existe una forma mucho más simplificada de hacer esto mismo siempre y cuando no tengamos 00:16:42
demasiado interés en obtener un valor preciso de pH y es que todas estas sustancias podrían 00:16:49
combinarse formando lo que se denomina un indicador universal. Y aquí lo que tenemos es una tira de 00:16:55
papel que lleva impregnada esas disoluciones que he mencionado anteriormente. Lo que habría que 00:17:02
hacer es tomar un trocito pequeño de esta tira de papel y dejar caer sobre ella una gota de la 00:17:07
disolución cuyo pH queremos determinar. La tira de papel se tinta de un determinado color y 00:17:12
comparándolo con este patrón, podríamos intentar determinar aproximadamente cuál es el valor de pH. 00:17:18
Evidentemente, esto no es válido para un estudio científico serio y riguroso, que requiere un valor 00:17:25
de pH muy afinado, pero si sencillamente queremos saber si el pH de nuestro acuario es suficientemente 00:17:30
bueno para nuestros peces, es más que suficiente. Con esto, como hemos visto en esta videoclase 00:17:38
acerca del concepto de pH y de pOH, ya podéis resolver los ejercicios propuestos del 5 al 8. 00:17:44
En el aula virtual de la asignatura tenéis disponibles otros recursos, ejercicios y 00:17:53
cuestionarios. Asimismo, tenéis más información en las fuentes bibliográficas y en la web. No 00:17:58
dudéis en traer vuestras dudas e inquietudes a clase o al foro de dudas de la unidad en 00:18:04
el aula virtual. Un saludo y hasta pronto. 00:18:09
Idioma/s:
es
Autor/es:
Raúl Corraliza Nieto
Subido por:
Raúl C.
Licencia:
Reconocimiento - No comercial - Sin obra derivada
Visualizaciones:
25
Fecha:
21 de agosto de 2021 - 12:57
Visibilidad:
Público
Centro:
IES ARQUITECTO PEDRO GUMIEL
Duración:
18′ 39″
Relación de aspecto:
1.78:1
Resolución:
1024x576 píxeles
Tamaño:
31.20 MBytes

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