Alcalinidad: definición y cálculo

Definición de alcalinidad

Si bien las galletas pueden ser dulces, algunos de sus ingredientes, como el bicarbonato de sodio, son muy amargos. El sabor del bicarbonato de sodio se debe al hecho de que su pH es muy básico o alcalino . Una solución alcalina tiene una mayor concentración de iones hidróxido. Lo opuesto a alcalino es ácido: los alimentos ácidos, como los limones y el vinagre, son ácidos. Las soluciones ácidas tienen una mayor concentración de iones hidronio. ¡Es posible que sepa que mezclar bicarbonato de sodio (que tiene un alto contenido de iones de hidróxido) con vinagre (que tiene más iones de hidronio) puede crear una explosión tremenda! Esto se debe a que cuando se mezcla un ácido con una base, el intercambio de átomos libera energía. Cocinar es solo una situación en la que conocer el pH es importante. Conocer la alcalinidad de los suelos o del agua puede informar a los agricultores o biólogos sobre la salud de un ecosistema. La prueba de alcalinidad es importante en muchas disciplinas diferentes, lo que la convierte en una lección práctica.

La palabra álcali o alcalino implica que una sustancia tiene un pH superior a 7. Tanto los ácidos como los álcalis , o bases, tienen un pH medible, que es una escala de 0-14. La escala establece 7 como pH neutro: el agua destilada sería lo más cercano a 7. Un pH entre 7 y 14 hace que una sustancia sea alcalina. Un pH entre 7 y 0 hace que una sustancia sea ácida. Su sangre tiene un pH de 7,4, que es casi neutro. Si el pH de su sangre desciende por debajo de 7,35 o por encima de 7,45, es potencialmente mortal. ¡Una base fuerte como el amoníaco tiene un pH de 10!

muestra la escala de pH de artículos domésticos comunes

¿Por qué utilizar el agua como neutra?

El agua es el pH neutro o intermedio. Para entender por qué los científicos recogieron agua, veamos la estructura del agua. El agua se puede escribir químicamente como H20. Eso significa que dos átomos de hidrógeno están unidos a un átomo de oxígeno para formar agua (los átomos son la unidad más pequeña y componen todos los objetos del universo). El hidrógeno y el oxígeno se encuentran en casi todo en nuestra tierra.

Una molécula de agua se parece un poco a Mickey Mouse. Las orejas de Mickey son los dos átomos de hidrógeno y la cara es el oxígeno. A veces, un átomo de hidrógeno (H + ) se desprende de una molécula de agua y se une a otra molécula de agua (escrita como H3O + ). Atrás queda un solo oxígeno unido a un solo hidrógeno (escrito como OH – ). Dentro de una sustancia neutra hay aproximadamente 10 -7 concentraciones de H3O + y 10 -7 concentraciones de OH – . Otra forma de pensar en 10 -7 es escribirlo como 0,000001. Esta es la concentración de H3O + u OH – en agua neutra.

En cuanto a por qué H3O + y OH – tienen cargas positivas y negativas, debe comprender qué componen el hidrógeno y el oxígeno. Estos, y todos los demás átomos, están formados por tres componentes más pequeños: electrones , que tienen una carga negativa, protones , que tienen una carga positiva, y neutrones , que son neutrales. El hidrógeno es el átomo más pequeño y está formado por un solo electrón y un protón. Cuando un átomo de hidrógeno se une con el oxígeno para formar agua, el átomo de hidrógeno comparte su electrón con el átomo de oxígeno. Cuando el hidrógeno se rompe del enlace con la molécula de agua, ese pequeño electrón abandona el hidrógeno y permanece con el OH en la molécula de agua. El hidrógeno ahora es solo un protón y se escribe como H +. Sin embargo, en el agua, el H + no puede existir por sí solo, sino que se ve atraído por otra molécula de H2O. Está escrito como H3O + , pero ese nuevo H es, de hecho, un solo protón. El electrón del hidrógeno permanece con el oxígeno unido al hidrógeno y le da al OH una sola carga negativa. Es por eso que OH se escribe OH – . Nos referimos a estos como iones . Un ion es cualquier átomo o molécula que ha perdido o ganado electrones. H3O + es un ion hidronio ; parece que el agua se ‘ahoga’ en hidrógeno. OH – se llama ion hidróxido .

La imagen muestra una molécula de agua y sus iones que contribuyen al pH

Calcular el pH

Si otra molécula se disuelve en agua, puede dejar iones hidronio. Por ejemplo, si HCl, cloruro de hidrógeno, se disuelve en agua, la molécula se disocia en iones de hidrógeno e iones de cloruro. Más concentraciones de iones de hidrógeno conducen a una solución ácida. Si se agregan iones OH – debido a la disociación de otras moléculas como NaOH, hidróxido de sodio, la solución se volverá más alcalina. La razón es que cuando se agrega uno de estos iones, por ejemplo OH – , no solo aumenta la concentración de ese ion, sino que también disminuye la concentración del otro ion (H + ) al unirse con él para producir agua, H2O.

En soluciones neutras, las concentraciones de H3O + y OH – son iguales. Ambos tienen una concentración de 10 -7 . En cualquier solución acuosa (en la que el disolvente es agua), el producto de las concentraciones de H3O + y OH – es 10-14 . En soluciones ácidas hay más iones H3O + , y en una solución alcalina hay más iones OH – . Otra forma de pensar en esto es si una solución es ácida, las concentraciones de H3O + son mayores que 10 -7 y las concentraciones de OH – son menores que 10 -7 . Ambas concentraciones combinadas serán iguales a 10-14. Por último, la solución es básico si H3O + concentraciones son de menos de 10 -7 y OH – es mayor que 10 -7 , y de nuevo dos concentraciones combinadas será igual a 10 -14 . Siempre que sepa la concentración de un ion, puede deducir la concentración del otro. Si, digamos, la concentración de H3O + es 10 -4 , el producto de las dos concentraciones debe ser 10-14 . Por lo tanto, OH – es 10-10 (10 -4 X 10-10 = 10-14 )

El pH es el logaritmo negativo de las concentraciones de iones hidronio. pH = – log [H +]. En la ilustración de arriba, la concentración de H3O + es 10-14 . – (log 10 -14 ) = – (-4) = 4. 4 es el pH de la solución. Conocer el pH puede indicarle la concentración de H3O + , y luego puede encontrar las concentraciones de OH – . Si el pH de una sustancia es 3, la concentración de H3O + es 10 -3 . La concentración de OH – es por tanto 10-11. Los logaritmos son medidas de base 10, lo que significa que por cada aumento de pH, la concentración de sustancias aumenta 10 veces. Una sustancia como el limpiador de desagües tiene un pH 14, que, en comparación con el pH del agua neutra 7, tiene una concentración de OH- 10,000,000 veces más alta, o mucho más alcalina.

Resumen de la lección

Esta lección le enseña que la alcalinidad es la concentración de OH – o iones de hidróxido en una solución. La concentración de iones hidróxido está inversamente relacionada con la concentración de iones hidronio , que pueden usarse para medir el pH . Conocer el pH de los materiales puede explicar la salud de los ecosistemas y puede ser útil para cocinar. Cuando algunos materiales se disuelven en agua, la disociación de iones de hidróxido o de iones de hidronio puede provocar cambios extremos en el pH de un sistema.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador