Calcular pH en disoluciones sencillas, validar aproximaciones y entender hidrólisis y tampones.
Míralo en un dibujo
Para una disolución acuosa diluida se usa pH≈−log₁₀[H₃O⁺]. Pasar de pH 3 a pH 2 multiplica aproximadamente por 10 esa concentración. A 25 °C, neutralidad corresponde a pH≈7.
Antes de seguir: ¿Se duplica la acidez al pasar de pH 4 a pH 2?
Comprueba tu razonamiento
La concentración de H₃O⁺ se multiplica aproximadamente por 100, no por 2. La actividad es la magnitud rigurosa.
Antes de empezar
Necesitas manejar: Moles y concentración; Equilibrio químico; Logaritmos decimales.
Escribe en papel tu respuesta a esta pregunta antes de desplegarla.
¿pH definido rigurosamente con qué?
Con actividad, aproximada por concentración en el modelo diluido.
En un minuto
- Con actividad, aproximada por concentración en el modelo diluido.
- Se usa si se validan las aproximaciones.
- Ácido débil y base conjugada presentes en cantidades apreciables.
- No; puede agotarse una de las especies.
Entiende la idea
El concepto
El pH se define mediante la actividad del ion hidronio; en ejercicios diluidos se aproxima por −log[H₃O⁺], usando una concentración referida al estado estándar. La expresión pH+pOH=14 corresponde al valor aproximado de pKw a 25 °C. En condiciones muy diluidas, muy concentradas o distintas de las supuestas pueden hacer falta correcciones y no se aplica mecánicamente el modelo sencillo.
Para un ácido fuerte monoprótico de concentración moderadamente diluida se toma disociación completa y se considera si la contribución del agua es despreciable. En un ácido débil se plantea un equilibrio. Si inicialmente hay C de HA y cero de A⁻, resulta Ka=x²/(C−x). La aproximación x≈√(KaC) exige que x sea pequeño frente a C y que los otros efectos omitidos sean menores.
Cómo utilizarlo sin errores
Las sales también pueden modificar el pH. Una base conjugada de un ácido débil puede aceptar un protón del agua y formar OH⁻; un ácido conjugado de una base débil puede producir H₃O⁺. No toda sal es neutra. Primero se identifican las especies realmente presentes y después sus constantes, usando KaKb=Kw cuando corresponda.
Una disolución tampón contiene cantidades apreciables de un ácido débil y su base conjugada. La relación de Henderson–Hasselbalch aproxima pH=pKa+log([A⁻]/[HA]) cuando las hipótesis son adecuadas. Si se añade una pequeña cantidad de ácido o base fuerte, primero se realiza el balance estequiométrico y después se usa la relación con las cantidades restantes. Un tampón tiene capacidad limitada: no conserva el pH ante cualquier adición.
Fórmulas y condiciones de uso
Lee las condiciones junto con cada expresión. Una fórmula sin sus hipótesis puede dar un resultado incorrecto.
Consultar la notación textual original
pH≈−log[H₃O⁺]. A 25 °C: pH+pOH≈14. Ácido débil: Ka=x²/(C−x). Tampón: pH≈pKa+log([A⁻]/[HA]).
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1 · Ácido monoprótico débil C=0,10 M y Ka=1,0·10⁻⁵. Calcula y comprueba el pH.
- La aproximación da x≈√(10⁻⁵·0,10)=10⁻³ M; x/C=0,01=1 %, pequeño.
- La ecuación exacta del modelo es x²+Ka·x−KaC=0. Su raíz positiva es x≈9,9501·10⁻⁴ M.
- pH≈3,0022, frente a 3,00 aproximado. La comprobación explica por qué aquí la simplificación funciona.
Ejemplo 2 · Tampón con 0,10 mol de HA y 0,10 mol de A⁻, pKa=4,76. Se añaden teóricamente 0,01 mol de H⁺, sin efectos de volumen relevantes en el cociente.
- El H⁺ consume A⁻ y produce HA: quedan 0,09 mol de A⁻ y 0,11 mol de HA.
- Ambas especies siguen presentes; el cociente de concentraciones es igual al cociente de moles en el mismo volumen.
- pH≈4,76+log(0,09/0,11)=4,6728. Antes era 4,76. Se trata de un cálculo, no de instrucciones de manipulación.
Practica antes de mirar la solución
Práctica 1 · HCl 0,010 M, ideal diluido a 25 °C y disociación completa. Calcula pH y pOH.
Primera ayuda
La contribución del agua es pequeña aquí.
Ver solución razonada
[H₃O⁺]≈0,010 M; pH=2 y pOH=12.
Práctica 2 · Una base débil B tiene C=0,10 M y Kb=1,8·10⁻⁵ a 25 °C. Usa la aproximación y compruébala.
Primera ayuda
Calcula primero OH⁻, no H₃O⁺.
Ver solución razonada
[OH⁻]≈√(1,8·10⁻⁶)=1,3416·10⁻³ M; fracción 1,34 %, pequeña. pOH≈2,8724 y pH≈11,1276; son resultados aproximados.
Práctica 3 · Sal de A⁻ a 0,10 M, con Ka(HA)=1,8·10⁻⁵ y Kw=10⁻¹⁴. Estima pH.
Primera ayuda
La base A⁻ tiene Kb=Kw/Ka.
Ver solución razonada
Kb=5,5556·10⁻¹⁰; [OH⁻]≈√(Kb·0,10)=7,4536·10⁻⁶ M. pOH≈5,1276 y pH≈8,8724. Se ha despreciado la hidrólisis frente a C y la contribución del agua.
El error que debes evitar
No confundir pH y pOH. No usar √KaC sin comprobación. No afirmar pH neutro por ser una sal. No usar Henderson si una especie se ha agotado. No extrapolar el pH ideal a disoluciones extremas.
Comprueba lo aprendido
Autoevaluación formativa: no es una nota oficial ni un examen vigilado.
Si calculas x/C≈40 %, la aproximación C−x≈C…
Solución y explicación
Respuesta: No es adecuada. La variación no es pequeña y hay que resolver el equilibrio sin esa simplificación.
Antes de usar Henderson tras añadir ácido fuerte…
Solución y explicación
Respuesta: Se actualizan moles por reacción. El balance químico precede al equilibrio aproximado.
Una sal siempre produce pH=7…
Solución y explicación
Respuesta: No. Sus iones pueden hidrolizarse.
Recupera las ideas de memoria
Antes de revelar cada respuesta, di la tuya en voz alta o escríbela. Marca si la recordabas para programar el siguiente repaso.
¿pH definido rigurosamente con qué?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
Con actividad, aproximada por concentración en el modelo diluido.
Intenta responder antes de mirar.
¿Ácido débil y raíz cuadrada?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
Se usa si se validan las aproximaciones.
Intenta responder antes de mirar.
¿Tampón?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
Ácido débil y base conjugada presentes en cantidades apreciables.
Intenta responder antes de mirar.
¿Capacidad tampón ilimitada?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
No; puede agotarse una de las especies.
Intenta responder antes de mirar.
Explícalo y llévalo a otro problema
Compara resolver una neutralización por moles y resolver un equilibrio por Ka: explica por qué pueden ser dos pasos consecutivos de un mismo ejercicio.
Cierre en papel: explica el procedimiento, anota una condición de validez y vuelve a resolver un ejercicio que te haya costado sin consultar sus pasos.
Consolida el tema completo
Abrir resumen, esquema y refuerzo de Equilibrios ácido-base
Fuentes y revisión editorial
Material de elaboración propia con asistencia de IA. Revisión docente final pendiente. La comprobación técnica no certifica la adaptación a una convocatoria concreta de PAU.