Quizás la conexión más importante entre el pH y la concentración es que el pH es, por su propia naturaleza, una medida de la concentración de iones de hidrógeno en una solución dada. Los compuestos con lecturas de pH alto son básicos o alcalinos, mientras que aquellos con lecturas más bajas son ácidos. Las lecturas varían entre cero y catorce, siendo el promedio de siete un pH neutro. Las propiedades de los ácidos y las bases están determinadas tanto por el pH como por la concentración de las moléculas de ácido y base en una solución. Como tal, los dos conceptos necesariamente van de la mano. Es difícil hablar sobre el pH de una solución determinada sin comprender la concentración de elementos que contiene, y conocer el desglose de la concentración de ciertos compuestos arroja luz sobre su pH. Los químicos y los investigadores suelen calcular los dos juntos.
Entendiendo el pH en general
En términos generales, el pH es una medida de la concentración de iones de hidrógeno en cualquier solución dada. Se ha sugerido ampliamente que las letras «p» y «h» significan «poder del hidrógeno», aunque esto no está firmemente establecido en la comunidad científica. Lo que sí está establecido, sin embargo, es la importancia universal del pH; como medida, se utiliza en todo tipo de aplicaciones químicas y matemáticas, y es importante para una amplia variedad de procesos, desde la fabricación de alimentos hasta la creación de fármacos.
En una escala logarítmica
Todas las soluciones tienen un pH específico y se elaboran con un solvente, generalmente agua, y un soluto, que se disuelve fácilmente en el solvente elegido. El uso de una escala logarítmica para el pH ayuda a mantener la escala pequeña mientras retiene la información valiosa que representa la escala de pH. Una conexión entre el pH y la concentración de iones de hidrógeno es que juntos permiten el uso de una escala logarítmica. Cuanto menor sea el pH, más concentrados serán los iones de hidrógeno, porque el pH mide el logaritmo negativo de la concentración de iones de hidrógeno, lo que significa que la concentración de 0.1 iones es uno en la escala de pH y 0.001 es tres.
Otra forma de pensar sobre esto es que el pH y la concentración se conectan linealmente por un factor de diez y el pH cambia por un factor de uno cuando la concentración de iones de hidrógeno cambia por un factor de diez. Se dice que la relación normal es exponencial y esta conexión ayuda a evitar tediosas ecuaciones que involucran niveles más altos de matemáticas. Esto cambia automáticamente la relación curva a una relación lineal donde se aplican las matemáticas simples. La línea recta puede hacer que las predicciones, las relaciones entre las diferentes concentraciones y los cálculos sean fáciles de visualizar.
Similitudes de cálculo
Otra conexión entre el pH y la concentración es que ambos se calculan de manera similar. La concentración de la solución mide la cantidad de cierto átomo o molécula presente en comparación con la solución completa. El pH es una medida de concentración especial que considera cuántos iones de hidrógeno hay en una solución en comparación con todo lo demás. La mayoría de los demás cálculos de concentración no utilizan la escala de pH. Muchos usan una unidad llamada Molaridad, que es la cantidad de átomos o moléculas disponibles por litro de solvente.
Como gradientes de cambio
Juntos, el pH y la concentración determinan cambios predecibles en las propiedades de cualquier solución de ácido o base dada. Esto se puede demostrar calentando un solvente disuelto dentro de un soluto, como agua salada, y un solvente puro hasta que hierva. La temperatura a la que una solución comienza a hervir será diferente, por lo que las propiedades de transformación de líquido a gas cambian al aumentar la concentración de soluto. De manera similar, es posible aumentar la temperatura de ebullición o disminuir la temperatura de congelación de una solución. Por ejemplo, agregar una pequeña cantidad de sal de bicarbonato al agua aumenta la concentración de la sal básica y aumenta el valor del pH.