El pH es el logaritmo negativo de la concentración de iones hidrógeno
El pH es el logaritmo decimal de la concentración de iones hidrógeno [H⁺], expresada en moles por litro, cambiado de signo. Una [H⁺] de 1,0×10⁻³ M corresponde a pH 3,00, y una de 1,0×10⁻⁷ M, a pH 7,00. Como la escala es logarítmica, cada descenso de una unidad de pH multiplica por diez los iones hidrógeno. El pH 3 y el pH 6 se separan solo tres unidades, pero sus concentraciones de iones hidrógeno difieren en un factor de 1.000.
En la mayoría de los problemas no se da [H⁺] directamente, sino la concentración del ácido disuelto, por ejemplo «ácido acético 0,1 M». La calculadora de arriba obtiene el pH directamente a partir de esa concentración. En el ácido acético 0,1 M solo se separa en iones el 1,32 % de las moléculas, lo que da pH 2,88, mientras que el ácido clorhídrico de la misma concentración se separa por completo y da pH 1,00. Como se incluyen también los iones que aporta el propio agua, el resultado es más exacto que las aproximaciones de los libros de texto en disoluciones muy diluidas y en ácidos polipróticos como el fosfórico.
¿Cuándo hace falta calcular el pH?
Un pHmetro o una tira reactiva miden una disolución que ya está preparada. El cálculo sirve antes, o para comprobar si una medición es razonable.
- Comprobar las soluciones de problemas de química: en ácidos fuertes y débiles dados por su concentración, la calculadora muestra cuándo una aproximación como √(Ka·C) es válida, cuándo falla y cuánto se desvía.
- Estimar una disolución antes de un experimento: cambiando la concentración se ve aproximadamente qué pH tendrá una disolución ácida o básica y cómo varía al diluirla. Una disolución de hidróxido de sodio 0,1 M tiene pH 13,00, y cada dilución a una décima parte lo baja a 12,00 y luego a 11,00.
- Entender qué significa «ligeramente ácido» o «ligeramente alcalino» en una etiqueta: los intervalos de acidez que se usan en el etiquetado de detergentes aparecen señalados en la escala de colores.
- Hacerse una idea de lo que supone una diferencia de pH: la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de EE. UU. (NOAA) indica que el pH de la superficie del océano ha bajado 0,1 desde la Revolución Industrial, lo que describe como un aumento de la acidez de alrededor del 30 %. Al ser una escala logarítmica, incluso una diferencia pequeña en el primer decimal supone una diferencia de decenas por ciento en la concentración de iones hidrógeno.
Cómo se usa
- Elegir el modo: si se conoce la concentración de un ácido o una base disueltos, se elige «A partir de la concentración». Si se conoce uno de los valores pH, pOH, [H⁺] o [OH⁻], se elige «Convertir pH y concentración de iones».
- Introducir la sustancia y la concentración: se elige un ácido o una base de la lista y se escribe la concentración en mol/L (M). Se leen formatos como 0,1, 1e-3, 2,5×10^-4 y 2,5×10⁻⁴. Junto a la lista aparecen la fórmula química y el pKa (o pKb) de la sustancia elegida.
- Ácidos y bases que no están en la lista: se elige «Personalizado», se indica si es ácido fuerte, ácido débil, base fuerte o base débil y se escribe la constante de disociación. Un selector a la derecha del campo permite introducir pKa o Ka. Una sal, como el acetato de sodio, se introduce a través de su base conjugada, como base débil con Kb = 1,0×10⁻¹⁴ ÷ Ka.
- Convertir valores: basta escribir uno de los cuatro campos y se rellenan los otros tres. El campo con el borde más marcado es el que se toma como punto de partida.
- Escala de colores: se puede arrastrar la franja o usar las teclas ← y → para cambiar el pH. Al pulsar el nombre de una sustancia, como zumo de limón o agua de mar, se pasa a su pH.
- Compartir el resultado: «Copiar resultado» copia en texto el pH, el pOH, las concentraciones de iones y la explicación; «Copiar enlace» copia una dirección que contiene los datos introducidos.
Cómo se calcula
pH, pOH, [H⁺] y [OH⁻]
En agua a 25 °C, [H⁺] × [OH⁻] = Kw = 1,0×10⁻¹⁴, de modo que pH + pOH = 14. Con un valor conocido, los demás salen directamente: [H⁺] = 10−pH, pOH = 14 − pH y [OH⁻] = 10−pOH. En este modo, [H⁺] es la concentración de iones hidrógeno realmente presentes en la disolución, no la concentración del ácido que se disolvió.
Ácidos fuertes y bases fuertes
Los ácidos y las bases que se separan por completo en agua, como el ácido clorhídrico, el ácido nítrico y el hidróxido de sodio, se aproximan con [H⁺] ≈ C (o [OH⁻] ≈ C en una base). Si cada unidad libera dos OH⁻, como en el hidróxido de calcio, el valor es 2C. Por debajo de unos 10⁻⁶ M ya no se pueden despreciar los 1,0×10⁻⁷ M que aporta el agua, y hay que resolver con [H⁺] = (C + √(C² + 4Kw)) ÷ 2.
Ácidos débiles y bases débiles
Un ácido débil HA solo se separa en parte. Si x es la cantidad que se separa, Ka = x² ÷ (C − x), y si x es mucho menor que C, x ≈ √(Ka·C). Esta aproximación funciona bien cuando la ionización es inferior al 5 %. En el ácido acético 0,1 M (ionización del 1,32 %), la aproximación y el valor exacto dan el mismo pH 2,88. En el ácido acético 0,001 M se separa el 12,4 %, y la aproximación (3,88) y el valor exacto (3,91) ya no coinciden.
La ecuación que resuelve esta calculadora
En lugar de elegir entre esas fórmulas, la calculadora resuelve un único balance de cargas. En un ácido es [H⁺] = [OH⁻] + [A⁻] + 2[A²⁻] + …, y en una base, [OH⁻] = [H⁺] + [BH⁺] + …. La concentración de cada ion queda fijada por las constantes de disociación y por [H⁺], así que se va variando [H⁺] hasta que ambos miembros coinciden (bisección en escala logarítmica). De este modo, los ácidos fuertes, los débiles, los polipróticos y las disoluciones muy diluidas se calculan con el mismo método.
Fórmulas pH = −log[H⁺] · pOH = 14 − pH · aproximación del ácido débil [H⁺] ≈ √(Ka·C) · resolución exacta: [H⁺] = Kw ÷ [H⁺] + C·n̄([H⁺]), con n̄ = número medio de H⁺ que cede cada molécula · 25 °C, Kw = 1,0×10⁻¹⁴, actividad igual a la concentración
Tabla de pH según la concentración
A igual concentración, el pH varía mucho según la sustancia sea fuerte o débil y según cuántos iones libere. Los valores de la tabla se calcularon con el mismo método que la calculadora de arriba. La columna de 10⁻⁸ M muestra que, al añadir un ácido, el pH sigue por debajo de 7, y al añadir una base, por encima de 7.
| Sustancia | 1 M | 0,1 M | 10⁻² M | 10⁻³ M | 10⁻⁶ M | 10⁻⁸ M |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Ácido clorhídrico HCl | 0,00 | 1,00 | 2,00 | 3,00 | 6,00 | 6,98 |
| Ácido sulfúrico H₂SO₄ | 0,00 | 0,96 | 1,85 | 2,73 | 5,70 | 6,96 |
| Ácido acético CH₃COOH | 2,38 | 2,88 | 3,39 | 3,91 | 6,02 | 6,98 |
| Ácido fosfórico H₃PO₄ | 1,10 | 1,64 | 2,26 | 3,05 | 5,97 | 6,97 |
| Amoníaco NH₃ | 11,62 | 11,12 | 10,62 | 10,10 | 7,98 | 7,02 |
| Hidróxido de sodio NaOH | 14,00 | 13,00 | 12,00 | 11,00 | 8,00 | 7,02 |
Si se cuentan los dos H⁺ del ácido sulfúrico 0,1 M, como hacen los libros de texto, resulta pH 0,70, pero la segunda etapa tiene pKa₂ = 1,99, por lo que el cálculo real da 0,96. También en el ácido fosfórico la aproximación que cuenta solo la primera etapa (1,58 a 0,1 M) difiere del valor exacto (1,64), porque la primera etapa se ioniza un 23 % y la suposición C − x ≈ C deja de ser válida.
Comparación con valores medidos
PubChem, de los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU., recoge el pH medido de disoluciones acuosas de varias sustancias a distintas concentraciones. Los valores calculados coinciden con todas las mediciones con la precisión con que estas se publican.
| Sustancia | Concentración | pH medido (PubChem) | Esta calculadora |
|---|---|---|---|
| Ácido acético CH₃COOH | 1,0 M | 2,4 | 2,38 |
| Ácido acético CH₃COOH | 0,1 M | 2,9 | 2,88 |
| Ácido acético CH₃COOH | 0,01 M | 3,4 | 3,39 |
| Amoníaco NH₃ | 1,0 M | 11,6 | 11,62 |
| Amoníaco NH₃ | 0,1 M | 11,1 | 11,12 |
| Amoníaco NH₃ | 0,01 M | 10,6 | 10,62 |
| Hidróxido de sodio NaOH | 0,05 % (aprox. 0,0125 M) | ≈12 | 12,10 |
| Hidróxido de sodio NaOH | 0,5 % (aprox. 0,125 M) | ≈13 | 13,10 |
La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) define el pH por la actividad de los iones hidrógeno y no por su concentración. En las disoluciones más concentradas los iones se atraen entre sí, de modo que la concentración que realmente participa en las reacciones (la actividad) es menor que la cantidad añadida, y la diferencia entre el valor calculado y el medido puede aumentar.
pH de sustancias cotidianas e intervalos de acidez
Estos son los valores de pH de las sustancias señaladas en la franja de colores, con su fuente. El pH de los alimentos depende de la variedad y del procesado, así que conviene tomar las cifras como valores representativos.
| Sustancia | Condición | pH | [H⁺] (M) | Fuente |
|---|---|---|---|---|
| Zumo de limón | Zumo | 2,2 | 6,31×10⁻³ | USDA ARS |
| Vino tinto | Vino tinto | 3,63 | 2,34×10⁻⁴ | USDA ARS |
| Zumo de naranja | Zumo | 4,2 | 6,31×10⁻⁵ | USDA ARS |
| Lluvia | Lluvia normal | ≈5,6 | 2,51×10⁻⁶ | USGS |
| Leche | Leche entera en polvo disuelta en agua | 6,5 | 3,16×10⁻⁷ | USDA ARS |
| Agua pura | 25 °C | 7,00 | 1,00×10⁻⁷ | Kw |
| Sangre | Intervalo normal | 7,35~7,45 | 3,55×10⁻⁸~4,47×10⁻⁸ | MSD Manual |
| Agua de mar | Media oceánica | ≈8,1 | 7,94×10⁻⁹ | NOAA |
| Bicarbonato | Hidrogenocarbonato de sodio 0,1 M | 8,3 | 5,01×10⁻⁹ | PubChem |
| Amoníaco | 0,1 N (0,1 M) | 11,1 | 7,94×10⁻¹² | PubChem |
| Agua de cal | Hidróxido de calcio saturado (25 °C) | 12,4 | 3,98×10⁻¹³ | PubChem |
| Sosa cáustica | Hidróxido de sodio al 0,5 % | ≈13 | 1,00×10⁻¹³ | PubChem |
Las expresiones «ligeramente ácido» o «ligeramente alcalino» de las etiquetas de detergentes siguen unos límites de pH fijados por la Agencia de Asuntos del Consumidor de Japón en su norma de etiquetado de artículos del hogar. El líquido se mide a 25 °C, sin diluir (los polvos se disuelven a una concentración determinada). Los intervalos de acidez de esta calculadora usan los mismos límites.
| Intervalo | Intervalo de pH | Ejemplos cotidianos |
|---|---|---|
| Ácido | pH inferior a 3,0 | Zumo de limón 2,2 |
| Ligeramente ácido | pH de 3,0 a menos de 6,0 | Vino tinto 3,6, Zumo de naranja 4,2, Lluvia 5,6 |
| Neutro | pH de 6,0 a 8,0 | Leche 6,5, Agua pura 7,0, Sangre 7,4 |
| Ligeramente alcalino | pH superior a 8,0 hasta 11,0 | Agua de mar 8,1, Bicarbonato 8,3 |
| Alcalino | pH superior a 11,0 | Amoníaco 11,1, Agua de cal 12,4, Sosa cáustica 13,0 |
Errores frecuentes
- Calcular el ácido clorhídrico 10⁻⁸ M como pH 8: si se usa tal cual −log(10⁻⁸) = 8, un ácido resultaría básico. Al sumar los H⁺ que aporta el agua, el pH es 6,98.
- Confundir ácido fuerte con disolución muy ácida: «fuerte» solo significa que se separa por completo. El ácido clorhídrico 1,0×10⁻⁴ M tiene pH 4,00, en el intervalo ligeramente ácido, y es menos ácido que el ácido acético 1 M (pH 2,38).
- Leer una diferencia de pH como un múltiplo: el pH 3 no es «el doble» de ácido que el pH 6, sino que tiene 1.000 veces más iones hidrógeno.
- Escribir la concentración del ácido en el campo [H⁺]: en «Convertir pH y concentración de iones», [H⁺] es la concentración real de iones hidrógeno. Si se escribe ahí la concentración de un ácido débil, el pH sale demasiado bajo; para eso hay que usar «A partir de la concentración».
- Introducir mM como M: 5 mM son 0,005 M (5e-3). Un error de mil veces en la unidad cambia en 3 el pH de un ácido fuerte.
El pH neutro cambia con la temperatura
La igualdad pH + pOH = 14 solo se cumple a 25 °C. El producto iónico del agua aumenta con la temperatura, y por eso baja el pH neutro del agua pura (la mitad del pKw). El agua con pH 6,1 a 100 °C es neutra, no ácida.
| Temperatura | pKw | pH neutro |
|---|---|---|
| 0°C | 14,95 | ≈7,5 |
| 25°C | 13,99 | ≈7,0 |
| 50°C | 13,26 | ≈6,6 |
| 100°C | 12,25 | ≈6,1 |
Esta calculadora usa 25 °C y pKw = 14,00 (Kw = 1,0×10⁻¹⁴), como la mayoría de los libros de texto. En la misma tabla, el pKw a 25 °C es 13,99, una diferencia de 0,01 en el segundo decimal.
Limitaciones
- Solo a 25 °C: tanto Kw como las constantes de disociación son valores a 25 °C. A otras temperaturas cambian a la vez el pH neutro y el grado de ionización de los ácidos débiles.
- Disoluciones ideales: la concentración se toma como actividad. Las disoluciones de más de 1 M, o con mucha sal disuelta, pueden diferir mucho del pH real.
- Una sola sustancia: no se calculan neutralizaciones entre un ácido y una base, disoluciones amortiguadoras ni mezclas de dos o más sustancias.
- Cantidad disuelta: las sustancias poco solubles, como el hidróxido de calcio, se tratan como si se hubiera disuelto toda la cantidad introducida.
- Ácido carbónico: el cálculo considera todo el dióxido de carbono disuelto como ácido carbónico. El pH de una disolución que pierde dióxido de carbono, como una bebida con gas, cambia con el tiempo.
- No sustituye a la medición: si se necesita el pH real de una disolución, hay que medirlo con un pHmetro calibrado.
Fuentes
- 01LibreTexts: E1 Acid Dissociation Constants at 25°CValores del CRC Handbook of Chemistry and Physics, 84.ª ed. pKa del ácido acético 4,756, ácido fórmico 3,75, ácido fluorhídrico 3,20, ácido benzoico 4,204, ácido hipocloroso 7,40, ácido cianhídrico 9,21, ácido carbónico 6,35 y 10,33, ácido fosfórico 2,16, 7,21 y 12,32, ácido cítrico 3,13, 4,76 y 6,40, ácido sulfúrico (segunda etapa) 1,99
- 02LibreTexts: E2 Base Dissociation Constants at 25°CCRC Handbook, 84.ª ed. pKb del amoníaco 4,75, metilamina 3,34, piridina 8,77
- 03IAPWS R11-24: Revised Release on the Ionization Constant of H₂O (2024)Tabla 3, a 0,1 MPa: pKw 14,95 a 0 °C, 13,99 a 25 °C, 13,26 a 50 °C, 12,25 a 100 °C
- 04PubChem: Acetic Acid (CID 176)pH de la disolución acuosa: 2,4 a 1,0 M, 2,9 a 0,1 M, 3,4 a 0,01 M
- 05PubChem: Ammonia (CID 222)pH de la disolución acuosa: 11,6 a 1,0 N, 11,1 a 0,1 N, 10,6 a 0,01 N
- 06PubChem: Sodium Bicarbonate (CID 516892)Disolución acuosa 0,1 M recién preparada a 25 °C: pH 8,3
- 07PubChem: Sodium Hydroxide (CID 14798)pH de la disolución acuosa: alrededor de 12 al 0,05 % (en masa), alrededor de 13 al 0,5 % y alrededor de 14 al 5 %
- 08PubChem: Calcium Hydroxide (CID 6093208)Disolución acuosa saturada a 25 °C: pH 12,4
- 09Servicio de Investigación Agrícola del Departamento de Agricultura de EE. UU. (USDA ARS): pH of Selected FoodsZumo de limón 2,2, zumo de naranja 4,2, vino tinto 3,63, leche preparada con leche entera en polvo 6,5
- 10Servicio Geológico de EE. UU. (USGS): pH and WaterpH de la lluvia normal, alrededor de 5,6 (por el dióxido de carbono atmosférico); una unidad de pH equivale a una diferencia de diez veces
- 11NOAA: Ocean acidificationpH medio del océano, alrededor de 8,1; descenso de 0,1 en el pH superficial desde la Revolución Industrial, un aumento de la acidez de alrededor del 30 %
- 12Manual MSD: Overview of Acid-Base BalancepH normal de la sangre, alrededor de 7,35 a 7,45
- 13Agencia de Asuntos del Consumidor de Japón: norma de etiquetado de artículos del hogar (detergentes sintéticos y limpiadores)Intervalos de acidez: pH inferior a 3,0 ácido; de 3,0 a menos de 6,0 ligeramente ácido; de 6,0 a 8,0 neutro; superior a 8,0 hasta 11,0 ligeramente alcalino; superior a 11,0 alcalino; medidos a 25 °C
- 14IUPAC Gold Book: pHpH = −lg a(H⁺), definido por la actividad de los iones hidrógeno (Measurement of pH, IUPAC Recommendations 2002, Pure Appl. Chem. 74, 2169)
Preguntas frecuentes
¿Cómo se calcula el pH?
El pH es el logaritmo decimal de la concentración de iones hidrógeno [H⁺] (mol/L) cambiado de signo: pH = −log[H⁺]. Una [H⁺] de 1,0×10⁻³ M da pH 3,00, y al diluirla diez veces hasta 1,0×10⁻⁴ M, pH 4,00. A 25 °C, el resto de valores sale de pOH = 14 − pH y [OH⁻] = 1,0×10⁻¹⁴ ÷ [H⁺].
¿Cuál es el pH del ácido acético 0,1 M?
Con el pKa de 4,756 (Ka 1,75×10⁻⁵, CRC Handbook, 84.ª ed.) resulta pH 2,88. Solo se separa en iones el 1,32 % de las moléculas, de modo que [H⁺] es 76 veces menor que en el ácido clorhídrico de la misma concentración (pH 1,00). La ficha del ácido acético en PubChem, de los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU., también indica pH 2,9 para la disolución 0,1 M.
¿Por qué el ácido clorhídrico 10⁻⁸ M no tiene pH 8?
Porque el propio agua aporta 1,0×10⁻⁷ M de H⁺ y de OH⁻. Los H⁺ que añade el ácido (1,0×10⁻⁸ M) son menos que los del agua, así que, al resolver con la ionización del agua, resulta [H⁺] = 1,05×10⁻⁷ M y pH 6,98. Al añadir un ácido no puede obtenerse una disolución básica (pH 8).
¿Tiene pH 0,70 el ácido sulfúrico 0,1 M?
Si se supone, como en los libros de texto, que el ácido sulfúrico cede los dos H⁺, resulta [H⁺] = 0,2 M y pH 0,70. En realidad la segunda etapa tiene Ka₂ = 1,0×10⁻² (pKa₂ 1,99), por lo que solo se separa un 8,61 % más del HSO₄⁻, y esta calculadora obtiene [H⁺] = 0,109 M y pH 0,96. En los exámenes hay que seguir las suposiciones que fije el enunciado.
¿Suman siempre 14 el pH y el pOH?
Solo a 25 °C. El producto iónico del agua, pKw, cambia con la temperatura: según la tabla de la Asociación Internacional para las Propiedades del Agua y del Vapor (IAPWS), vale 14,95 a 0 °C, 13,99 a 25 °C, 13,26 a 50 °C y 12,25 a 100 °C. Por eso el pH neutro del agua pura es de unos 7,5 a 0 °C y de unos 6,1 a 100 °C. Esta calculadora usa 25 °C y pKw = 14,00, como los libros de texto.
¿Puede el pH ser menor que 0 o mayor que 14?
Sí. Un ácido fuerte de más de 1 M tiene un pH calculado inferior a 0, y una base fuerte de más de 1 M, superior a 14. Pero en disoluciones tan concentradas los iones interactúan y el pH real puede diferir mucho del calculado a partir de la concentración. Esta calculadora solo admite concentraciones de hasta 10 M y añade un aviso por encima de 1 M.
¿Un ácido fuerte es siempre muy ácido?
No. «Fuerte» y «débil» indican en qué medida se separa un ácido en iones en el agua, mientras que la acidez de una disolución depende de su pH. El ácido clorhídrico 1,0×10⁻⁴ M se separa por completo, pero con pH 4,00 está en el intervalo ligeramente ácido. El ácido acético 1 M es un ácido débil, y con pH 2,38 queda en el intervalo ácido.
¿Qué pH corresponde a ligeramente ácido, neutro y ligeramente alcalino?
La norma de etiquetado de artículos del hogar de la Agencia de Asuntos del Consumidor de Japón clasifica los detergentes como ácidos por debajo de pH 3,0, ligeramente ácidos de 3,0 a menos de 6,0, neutros de 6,0 a 8,0, ligeramente alcalinos por encima de 8,0 hasta 11,0 y alcalinos por encima de 11,0 (medidos a 25 °C). Los intervalos de acidez de esta calculadora usan los mismos límites. En química, neutro a 25 °C significa exactamente pH 7,00.