Química escolar — Años 1 a 12 · Grades 1–12
18Ácidos, bases y pH
En un estante de la cocina hay un limón, una botella de vinagre, una pastilla de jabón y una caja de bicarbonato; debajo del fregadero, un bote de desatascador con una etiqueta de advertencia negra y roja. Algunos tienen un sabor ácido, otros resultan resbaladizos al tacto, otros pueden quemar la piel. Una sola escala, numerada de 0 a 14, los ordena a todos, y la misma escala se usa para las piscinas, la tierra del jardín, la sangre y los océanos.
Lo que ya sabes
Los iones son átomos o grupos de átomos con carga; un catión como es positivo, y un anión como o , negativo. Las disoluciones iónicas contienen iones, marcados con (aq), que se mueven libremente (Capítulo 17).
18.1 Disoluciones ácidas, básicas y neutras
Definición 18.1 (Disoluciones ácidas, básicas y neutras)
Toda disolución acuosa contiene iones hidrógeno e iones hidróxido . Una disolución es una disolución ácida cuando contiene más iones que iones , una disolución básica cuando contiene más iones que iones , y una disolución neutra cuando contiene tantos de unos como de otros.
Ejemplo 18.2 (Tres disoluciones)
El ácido clorhídrico es una disolución ácida: contiene iones y , con muy pocos . Una disolución de hidróxido de sodio es básica: y , con muy pocos . El agua pura y el agua salada son neutras.
18.2 La escala de pH
Definición 18.3 (pH)
El pH de una disolución acuosa es un número, por lo general entre 0 y 14, que indica lo ácida o básica que es: a , una disolución neutra tiene pH 7, una disolución ácida un pH inferior a 7 y una disolución básica un pH superior a 7. Cuantos más iones contiene una disolución, más bajo es su pH.
Definición 18.4 (Papel indicador y pHmetro)
El papel indicador es una tira de papel impregnada de una mezcla de colorantes que toma un color distinto para cada pH; se pone en ella una gota de la disolución y se compara el color con una escala impresa en la caja. Un pHmetro mide el pH con una sonda de vidrio sumergida en la disolución y lo muestra como un número, con uno o dos decimales.
Método 18.5 (Medir un pH con papel indicador)
- Poner una tira corta de papel indicador en un recipiente limpio y seco.
- Con una varilla de vidrio limpia, tocar la tira con una gota de la disolución (no meter nunca la tira en el frasco).
- Comparar enseguida el color con la escala y leer el pH, por lo general al número entero más próximo.
18.3 Diluir un ácido
Proposición 18.6 (Diluir acerca el pH a 7)
Al añadir agua a una disolución ácida, sus iones se reparten en un volumen mayor: el pH sube, hacia 7, pero nunca lo supera. Para un ácido como el ácido clorhídrico, diluir diez veces sube el pH en una unidad, más o menos: un volumen de ácido de pH 2 más nueve volúmenes de agua dan una disolución de pH 3. Del mismo modo, diluir una disolución básica hace bajar su pH hacia 7.
En el laboratorio — Diluir un ácido
Para diluir un ácido, el profesor vierte siempre el ácido despacio sobre el agua, nunca el agua sobre el ácido: la mezcla desprende calor, y el agua vertida sobre un ácido concentrado puede hervir de golpe y salpicar ácido fuera del recipiente.
18.4 Ácidos y bases de todos los días
Proposición 18.7 (Ácidos y bases a nuestro alrededor)
Ácidos: el zumo de limón y de lima, el vinagre, el vino, los refrescos con gas, el café, los jugos gástricos del estómago. Básicos: el agua de mar (ligeramente), el bicarbonato disuelto en agua, el jabón, la leche de magnesia (un remedio contra la acidez de estómago), el amoniaco doméstico, la lejía, el desatascador (muy fuertemente).
Ejemplo 18.8 (El pH del océano)
El pH medio del océano es de alrededor de 8.1: ligeramente básico. Desde el comienzo de la era industrial, el dióxido de carbono que se disuelve desde el aire ha hecho bajar el pH de las aguas superficiales en unas 0.1 unidades: los océanos se van volviendo poco a poco menos básicos, lo que perjudica a los moluscos y a los corales.
18.5 Seguridad con los productos corrosivos
Seguridad
El ácido clorhídrico concentrado y el hidróxido de sodio (la base de los desatascadores) llevan el pictograma de corrosión GHS05: provocan quemaduras graves en la piel y en los ojos y atacan los metales. GHS07: irritante. Gafas y guantes; una salpicadura se enjuaga enseguida con mucha agua.
Observación 18.9 (No mezclar nunca productos de limpieza)
Los productos ácidos y básicos reaccionan entre sí, a veces violentamente, y algunas mezclas liberan gases tóxicos: la lejía mezclada con un desincrustante ácido desprende cloro. Los productos de limpieza no se mezclan nunca.
18.6 Ejercicios
Ejercicio 18.1 ★
¿Ácida, básica o neutra? Una disolución de pH 3, una de pH 7, una de pH 11.
Ejercicio 18.2 ★
¿Qué iones son más numerosos en una disolución ácida? ¿Y en una básica?
Ejercicio 18.3 ★
Con la escala de pH de este capítulo, ordena de la más ácida a la más básica: el café, el agua de mar, el zumo de lima, el amoniaco doméstico, el agua pura.
Solución
Solución de Ejercicio 18.3.
El zumo de lima (2), el café (5), el agua pura (7), el agua de mar (8.1), el amoniaco doméstico (12).
Ejercicio 18.4 ★
Describe cómo se mide el pH de una disolución con papel indicador.
Solución
Solución de Ejercicio 18.4.
Se toca una tira, colocada en un recipiente limpio y seco, con una gota de la disolución llevada con una varilla de vidrio limpia; se compara enseguida el color con la escala.
Ejercicio 18.5 ★★
Una disolución de pH 4 se diluye diez veces con agua. ¿Cuál es, aproximadamente, su nuevo pH? ¿Y si se diluye cien veces?
Solución
Solución de Ejercicio 18.5.
Alrededor de 5 tras una dilución por diez; alrededor de 6 tras una dilución por cien.
Ejercicio 18.6 ★★
¿Puede una disolución ácida volverse básica añadiéndole agua? Explícalo.
Ejercicio 18.7 ★★
¿Por qué hay que verter el ácido sobre el agua, y no al revés?
Solución
Solución de Ejercicio 18.7.
La mezcla desprende calor. El agua vertida sobre un ácido concentrado podría hervir de golpe y lanzar ácido fuera; el ácido vertido despacio sobre el agua se reparte enseguida en un volumen grande.
Ejercicio 18.8 ★★
Un frasco lleva el pictograma GHS05. ¿Qué significa? Da dos precauciones.
Solución
Solución de Ejercicio 18.8.
Corrosivo: quema la piel y los ojos, ataca los metales. Llevar gafas y guantes; enjuagar cualquier salpicadura con mucha agua.
Ejercicio 18.9 ★★
¿Cuántas diluciones por diez hacen falta para llevar un ácido de pH 1 a pH 4? ¿Qué dilución total es esa?
Solución
Solución de Ejercicio 18.9.
Tres diluciones (de 1 a 2, de 2 a 3, de 3 a 4): veces.
Ejercicio 18.10 ★★
La leche de magnesia se toma contra la acidez de estómago. Con la escala de pH, explica por qué.
Solución
Solución de Ejercicio 18.10.
La leche de magnesia es básica (pH de alrededor de 10.5): reacciona con una parte del ácido en exceso del estómago.
Ejercicio 18.11 ★★★
El pH del océano ha bajado unas 0.1 unidades desde la era industrial. ¿Es ácido hoy el océano? ¿En qué sentido evoluciona, y por qué?
Ejercicio 18.12 ★★★
Un alumno mide el pH del mismo vinagre con papel indicador (3) y con un pHmetro (2.6). Explica por qué difieren los dos resultados y cuál es más preciso.
Solución
Solución de Ejercicio 18.12.
El papel indicador se lee a simple vista comparándolo con una escala de colores, con una precisión de alrededor de una unidad; el pHmetro da un número con uno o dos decimales. El pHmetro es más preciso; los dos resultados concuerdan dentro de la precisión del papel.
18.7 Problema: El ácido derramado
Problema 18.1
Problema de fin de semana — un litro de ácido derramado en un fregadero de laboratorio, y por qué diluirlo no es la solución
Un frasco que contiene de ácido clorhídrico diluido, de pH 2, se rompe en un fregadero de laboratorio. El desagüe no debe recibir ninguna disolución de pH inferior a 5. Toma la regla de este capítulo: para este ácido, cada dilución por diez sube el pH en una unidad.
Parte I — El ácido.
- ¿La disolución es ácida, neutra o básica? ¿Qué iones contiene en mayor cantidad?
- ¿Qué pictograma debería llevar el frasco, y por qué?
- El profesor mide el pH con un pHmetro en lugar de con papel indicador. Da una ventaja.
- ¿Cuántas veces más iones hay en un litro de pH 2 que en un litro de pH 3 del mismo ácido?
Parte II — Diluir.
- ¿Qué volumen de disolución se obtiene al diluir diez veces el litro de ácido? ¿Cuál es su pH?
- ¿Cuántas diluciones por diez hacen falta para llegar a pH 5?
- ¿Qué volumen total de disolución se obtendría?
- ¿Podría alguna cantidad de agua volver básica la disolución? Explícalo.
Parte III — Una manera mejor. En su lugar, el profesor añade poco a poco una disolución de una base hasta que el papel indicador marca 7: los iones del ácido reaccionan con los iones de la base.
- Escribe la ecuación de la reacción entre los iones y .
- ¿Por qué es mejor esto que diluir?
- Nombra un producto básico de uso diario que podría servir en una cocina para limpiar un pequeño derrame de vinagre.
- Calcula el volumen de agua que habría que añadir al litro de ácido para llevarlo a pH 5.
Solución
Solución de Problema 18.1.
1. Ácida: contiene sobre todo iones y .
2. GHS05, corrosivo: un ácido ataca la piel, los ojos y los metales.
3. Da un número preciso en lugar de un color que hay que comparar a simple vista.
4. Diez veces más: una unidad de pH corresponde a una dilución por diez.
5. , de pH 3.
6. Tres: de pH 2 a 3, de 3 a 4 y de 4 a 5.
7. .
8. No: diluir solo acerca el pH a 7.
9. .
10. El ácido se destruye, se convierte en agua, en lugar de repartirse en un volumen enorme; basta un poco de base, y no hacen falta mil litros de agua.
11. Bicarbonato disuelto en agua (o agua jabonosa).
12. de agua.