¿Qué es el pH y cómo se mide su escala?

El potencial de hidrógeno, conocido comúnmente como pH, es un parámetro fundamental en la química y la biología que expresa de forma cuantitativa el grado de acidez o de alcalinidad de una disolución acuosa. Su comprensión resulta esencial tanto en procesos industriales como en la investigación científica y el mantenimiento de sistemas biológicos. A lo largo de este artículo, se examinan los fundamentos de su cálculo, las fórmulas que lo relacionan con el pOH, los métodos analíticos para su medición y su relevancia práctica en la vida diaria y en la fisiología.

¿Cómo se define matemáticamente el pH?

El pH se define formalmente como el logaritmo negativo de base 10 de la actividad de los iones de hidrógeno presentes en una disolución. Esta relación matemática se expresa mediante la fórmula pH = –log₁₀(a_H⁺), donde la letra p actúa como un operador logarítmico. Este concepto fue introducido en 1909 por el bioquímico danés S. P. L. Sørensen con el propósito de simplificar el manejo de cifras extremadamente pequeñas y complejas derivadas de las concentraciones iónicas. En disoluciones muy diluidas, la actividad de los iones se aproxima empleando directamente la concentración molar de iones hidronio o de hidrógeno.

El uso de esta notación evita lidiar con valores exponenciales engorrosos, facilitando la lectura en laboratorios y publicaciones científicas. Además, el operador p se ha extendido a otras constantes químicas, tales como el pKa para ácidos débiles.

¿Qué relación existe entre el pH, el pOH y la constante del agua?

En el agua pura y en disoluciones acuosas se produce de forma natural un proceso de autoprotólisis o autoionización, mediante el cual las moléculas de agua interactúan para generar iones hidronio (H₃O⁺) e hidróxido (OH⁻). Este equilibrio químico se rige por el producto iónico del agua, representado como Kw, cuyo valor estándar a temperatura ambiente es de 1.0 × 10⁻¹⁴.

Aplicando logaritmos negativos a ambos lados de la expresión del producto iónico, se deduce matemáticamente que la suma del pH y del pOH es siempre igual a 14 bajo condiciones estándar. Esta relación permite calcular de manera inmediata cualquiera de los dos parámetros si se conoce el valor del otro, facilitando el análisis del carácter ácido o básico de cualquier sistema acuoso.

¿Cuáles son los instrumentos y métodos para determinar el pH?

La medición del pH puede llevarse a cabo mediante dos enfoques principales según la precisión requerida: métodos instrumentales y métodos colorimétricos. El instrumento más preciso es el potenciómetro o pH-metro, un dispositivo electrónico que mide la diferencia de potencial eléctrico entre un electrodo de referencia y un electrodo de vidrio sensible a los iones de hidrógeno.

Por otro lado, para determinaciones rápidas y aproximadas se utilizan indicadores químicos, que son ácidos o bases débiles que cambian de color según el entorno. El ejemplo más conocido es el papel tornasol o papel indicador universal. Asimismo, es posible preparar indicadores caseros extrayendo pigmentos de vegetales como la col morada para clasificar sustancias ácidas y básicas.

¿Cómo actúan las disoluciones amortiguadoras en los sistemas biológicos?

Las disoluciones amortiguadoras, reguladoras o búfer son mezclas químicas capaces de resistir cambios drásticos en el valor del pH cuando se les añaden pequeñas cantidades de ácidos o bases. Estas disoluciones contienen un ácido débil y su base conjugada, permitiendo estabilizar el medio de reacción. En 1917, el investigador Hasselbalch propuso una ecuación matemática para calcular el pH de estos sistemas a partir de la constante de acidez y las concentraciones relativas de los componentes del par conjugado.

En los organismos vivos, la regulación del pH es un requisito indispensable para la supervivencia. El cuerpo humano cuenta con sistemas amortiguadores en la sangre, además de la regulación pulmonar mediante la eliminación de dióxido de carbono y la reabsorción o excreción renal de bicarbonato. Mantener este equilibrio es crítico, ya que las enzimas corporales operan dentro de un intervalo de pH óptimo muy estrecho.

¿De qué manera influye el pH en la calidad del agua de las piscinas?

El control del pH es un factor determinante en el mantenimiento y la sanidad del agua de las piscinas. La eficacia desinfectante del cloro libre está directamente condicionada por la acidez del medio; si el valor del pH se sitúa fuera del intervalo óptimo comprendido entre 6.5 y 8, el cloro pierde su capacidad de acción independientemente de la cantidad que se adicione.

Un pH superior a 8 favorece la formación de agua turbia, incrustaciones calcáreas y provoca irritación en las mucosas de los bañistas, como ojos, nariz y garganta. Por esta razón, la supervisión periódica resulta indispensable para preservar las condiciones higiénicas del agua.

Sources & Further Reading

• Real Academia Española (DRAE). «pH». Diccionario de la lengua española. https://dle.rae.es/ph
• Carlsberg Group. «Sørensen invents the pH scale». Copenhague. Archivo web
• Myers, Rollie J. (2010). «One-Hundred Years of pH». Journal of Chemical Education, American Chemical Society, 87(1), 30-32. Archive.org
• Nørby, Jens (2000). «The origin and the meaning of the little p in pH». Trends in Biochemical Sciences, 25(1), 36-37. Archive.org
• Fox, Stuart Ira (2008). «Fisiología humana». 10ª ed., McGraw-Hill, Madrid. ISBN 978-84-481-6173-6.