pH, escala ácido-base
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pH, escala ácido-base
En soluciones neutras, es decir, aquellas que no son ácidas ni básicas, el pH tiene un valor = 7.0.
Las soluciones ácidas son aquellas con un pH inferior a 7, mientras que las soluciones básicas tienen un pH superior a 7. Una solución es:
ácido cuando hay más iones H + que OH iones presentes
base cuando hay más iones OH - H + iones presentes
neutral cuando hay un número igual de iones H + y OH - presentes
Por ejemplo, el agua desmineralizada tiene un pH de 7, porque existe como un equilibrio entre moléculas e iones: H2O ⇌ H + + OH -
Átomos
Los átomos están compuestos de protones cargados positivamente en el centro del átomo llamado núcleo y electrones cargados negativamente que giran a su alrededor en una nube llamada caparazón. La teoría atómica nos dice que la capa más interna, es decir, la más cercana al núcleo, no puede contener más de dos electrones. La siguiente capa externa ligeramente más puede contener hasta ocho electrones. El tercer caparazón desde el centro puede contener hasta 18, y el cuarto y quinto 32 cada uno. El sexto puede contener hasta ocho o 18 y el séptimo (y último) caparazón dos o 18. Un átomo de plutonio, que tiene 94 protones (de ahí un número atómico de 94), tiene electrones hasta la séptima capa. La mayoría de los átomos también tienen neutrones, que no están cargados (neutros). El hidrógeno en su forma más pura tiene un electrón y un protón. Sin embargo, si un neutrón está presente en el núcleo o centro del átomo, lo llamamos isótopo de hidrógeno.
Moléculas
Las moléculas están formadas por 2 o más átomos unidos por enlaces químicos. El agua es una molécula compuesta por un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno (H2O). Un átomo de hidrógeno tiene un electrón pero tiene espacio en su caparazón para dos. Un átomo de oxígeno tiene ocho electrones. Su caparazón más interno está satisfecho con dos, pero el segundo contiene solo seis, dejando espacio para dos más. El oxígeno, por lo tanto, se complace en compartir su capa electrónica externa con el hidrógeno y cuando hay dos átomos de hidrógeno, están satisfechos porque los espacios vacíos ahora están llenos de electrones.
Si la molécula tiene el mismo número de protones y electrones, se dice que el compuesto es estable. Si un compuesto tiene un electrón más que protones, el compuesto tiene carga negativa. Si hay más protones que electrones, el compuesto tiene carga positiva.
Los polímeros son compuestos químicos cargados: un polímero catiónico tiene carga positiva, un polímero aniónico tiene carga negativa y un polímero no iónico es neutro.
El ion de hidrógeno libre está cargado positivamente (H +). El compuesto conocido como hidroxilo, que consiste en un átomo de hidrógeno y un átomo de oxígeno, tiene carga negativa, ya que tiene un electrón extra. Cuando H + se combina con una molécula de agua (H2O), el compuesto resultante es hidronio (H3O +). Es el ion hidronio el que le da a los ácidos valores de pH más bajos y le da a los líquidos ácidos un sabor ácido.
Una sustancia base (o alcalina) es una sustancia que aceptará protones, neutralizando así el ácido. Un ejemplo de álcali es el hidroxilo (OH-), que cuando se combina con el ion ácido hidronio (H3O +) neutraliza, formando dos moléculas de agua: OH- + H3O + → 2H2O.
El pH se puede medir de tres maneras:
El método del electrodo
El método colorimétrico y el método del papel hidrión. El electrodo, el más común y probablemente el más preciso, utiliza una sonda y un medidor. El medidor mide las ligeras diferencias de voltaje entre un electrodo de referencia y un electrodo de medición. Este voltaje, en milivoltios (mV), se convierte en una lectura de pH.
El método colorimétrico
El método colorimétrico incluye reactivos indicadores como el azul de bromimol y el rojo de fenol para producir el color en la solución: rojo para ácido y azul para base. El color y la intensidad del líquido se comparan con una serie de estándares de color. El método de hidrión utiliza un papel de prueba especial (papel tornasol) sumergido en la solución. El color producido en el papel se compara con los estándares de color. Por lo general, los ácidos hacen que el papel tornasol sea rojo y las bases lo hacen azul.
El método del electrodo
El método del electrodo es preciso si el instrumento está calibrado correctamente y la muestra está fresca. La mayoría de los medidores pueden estandarizarse con tres tampones de pH de calibración estándar. Los tampones de pH comunes son pH 4, 7 y 10. Si está estandarizado con estos tampones, el medidor se considera preciso en una amplia gama de valores de pH.
Determinación del pH de los vapores
La determinación del pH de los vapores emitidos durante la combustión de los
materiales plásticos puede resultar muy útil para su identificación, siempre y
cuando el plástico no presente gran cantidad de aditivos ni cargas en su
formulación. Este método es muy sencillo, ya que tan sólo requiere del empleo de
una fuente de calor y una varilla de papel pH. El procedimiento consiste en
introducir en un tubo de pirólisis una pequeña muestra del material; en este mismo
tubo se introduce una varilla de papel pH, previamente humedecida con agua
destilada, de modo que quede sujeta en el borde de la boca del tubo y después éste se
sella. Hecho esto, el tubo se acerca a la llama y se mantiene hasta que se produce la
combustión de la muestra. Durante el ensayo el tubo se mantiene en posición
horizontal de manera que los vapores generados se dirigen hacia la varilla de papel
pH.
A partir de los valores de pH así obtenidos se pueden establecer en cuatros grandes
grupos de plásticos:
- El primero incluye a aquéllos materiales que provocan emanaciones ácidas (con valores de pH comprendidos entre 1 y 4). Dentro de este rupo se encuentran el nitrato y el acetato de celulosa, las resinas de poliuretano, las resinas poliéster o el PVC.
- En segundo lugar, encontramos las poliolefinas ; Polietileno y polipropileno con de 3 a 4 de pH.
- En tercero lugar, encontramos los materiales que emanan vapores que, en el contexto de este ensayo, se consideran de carácter neutro (pH entre 5 y 7); a este grupo pertenecen el poliestireno, el PMMA, el policarbonato o las resinas epoxídicas.
- Por último, se
encuentran aquéllos plásticos que emiten vapores alcalinos (superiores a 8) entre los
que se cuentan el nylon, el fenol formaldehído, la urea/tiourea formaldehído y la
melamina formaldehído.