Você sabe o que é pH?

Você sabe o que é pH? O pH é uma escala numérica que determina o grau de acidez de uma solução aquosa, baseado na concentração de íons hidrônio (H₃O⁺). Soluções ácidas possuem excesso de íons hidrônio e pH menor do que 7. Soluções básicas possuem excesso de íons hidroxila (OH^-) e valores de pH superiores a 7. Soluções consideradas neutras têm igual concentração de íons H₃O⁺ e íons OH^-, e sua medida de pH é 7.

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Resumo sobre o que é pH

• O pH determina o grau de acidez de uma solução, classificando-a em ácida, básica ou neutra.

• O pH é uma escala numérica que varia de 0 a 14.

• O meio ácido possui excesso de íons H₃O⁺ e pH menor do que 7.

• O meio básico possui excesso de íons OH^- e pH maior do que 7.

• A escala de pH permite classificar soluções em termos de força ácida.

• A medida de pH de uma solução pode ser obtida pelo logaritmo negativo da concentração molar de íons H₃O⁺ (\(pH=\ -log [H_3O^+]\)).

• O pH de uma solução pode ser medido pelo uso de indicadores ácido-base ou de instrumentos chamados pHmetros.

• O pH é de grande importância para o corpo humano, pois os diferentes sistemas funcionam em diferentes condições de acidez.

• O monitoramento dos valores de pH também é importante na indústria alimentícia e na agricultura.

Videoaula sobre conceito de pH

O que é pH?

O pH é uma escala numérica que determina se uma solução aquosa é ácida, básica ou neutra, de acordo com a concentração molar de íons hidrônio (H₃O⁺) no meio.

Segundo a teoria ácido-base de Arrhenius, ácidos são substâncias que liberam íons hidrônio (H₃O⁺) em solução aquosa, e as bases são definidas como substâncias que liberam íons hidroxila (OH^-) em contato com a água.

A água sofre naturalmente o processo de autoionização, formando a mesma quantidade de íons H₃O⁺ e de íons OH^-. Por isso, soluções aquosas de qualquer substância possuem esses dois tipos de íons, e a condição de acidez ou basicidade do meio é definida pela relação entre as quantidades de H₃O⁺ e OH^-:

• Meio ácido: excesso de íons H₃O⁺.

• Meio básico: excesso de íons OH^-.

• Meio neutro: iguais quantidades de íons H₃O⁺ e de íons OH^-.

Os íons hidrônio, formalmente, são representados como H₃O⁺. No entanto, é comum encontrar a notação H⁺ para os íons hidrônio ou para se referir à acidez de um meio.

Escala de pH

A escala de pH é um instrumento que define o grau de acidez de uma solução aquosa dentro de um intervalo que varia de 0 a 14. Comparando o valor de pH medido para uma solução com a escala de pH, é possível determinar se essa solução possui caráter ácido, básico ou neutro.

A escala de pH também permite analisar diferentes soluções ácidas em termos de sua força ácida. Por exemplo, o suco gástrico possui valor de pH igual a 1. O café preto possui valor de pH igual a 5. Ambas as substâncias são classificadas como ácidas, no entanto, o suco gástrico é mais ácido do que o café, porque seu valor de pH é menor.

A água do mar possui pH em torno de 8. Uma mistura de água e sabão registra valor de pH em aproximadamente 12. Ambas são misturas com caráter básico, contudo, a água com sabão é mais básica do que a água do mar, porque sua medida de pH é maior.

Note na imagem acima que a escala de pH é neutra no centro. Conforme os valores diminuem e seguem para 0, a medida de acidez aumenta. Conforme os valores de pH aumentam e vão em direção a 14, a basicidade aumenta. As medidas de pH são adimensionais, isto é, não possuem unidade.

O valor de pH para uma solução aquosa será dado em função das quantidades relativas de íons H₃O⁺ e íons OH^-. A água pura possui pH igual a 7 e é uma substância neutra, pois as concentrações de íons H₃O⁺ e OH^- são iguais.

Soluções ácidas possuem maior concentração de íons H₃O⁺ do que de íons OH^-. Soluções básicas têm concentração de íons OH^- superior à de íons H₃O⁺.

Como se calcula o pH?

Os valores de concentração para os íons H₃O⁺ em solução podem variar em muitas unidades de grandeza. A fim de tornar a interpretação química simplificada, o químico dinamarquês Søren Peter Lauritz Sørensen sugeriu expressar a concentração de íons H₃O⁺ por meio da função logarítmica. Assim, em 1909, o pH foi definido como o logaritmo negativo da concentração de íons hidrônio:

\({{pH}=-log\ [H_3O^+]}\)

Sendo p uma função que descreve a quantidade ou o potencial de algo e H referente à espécie analisada, nesse caso, íons H⁺ ou H₃O⁺, o termo pH significa potencial hidrogeniônico, que nada mais é do que uma forma de expressar a quantidade de íons H⁺ ou H₃O⁺ em solução.

Na relação matemática acima, foi aplicado o logaritmo na base 10, por isso, outra forma de representar essa relação é:

\(10^{-pH}=[H_3O^+]\)

A definição matemática de pH e o equilíbrio iônico da água foram o ponto de partida para a construção da escala de pH. Por meio da compreensão do processo de autoionização, entendeu-se que a água ioniza em íons H₃O⁺ e íons OH^-, na mesma proporção:

\(H_2O+H_2O\rightarrow H_3O^++OH^-\)

Considerando a relação de equilíbrio químico para esse processo, obtém-se a constante de ionização da água (K_w), cujo valor é 10^-14 mol L^-1, a 25 °C.

\({k}_{w}=\ \left[{H}_{3}{O}^+\right]\ \left[{{OH}}^-\right]=\ {{10}}^{-\mathbf{14}}\)

Aplicando a propriedade de log a essa equação, chega-se à relação entre pH e pOH.

\({pH}+{pOH}={14}\)

E o que é o pOH? O pOH é o logaritmo negativo da concentração de íons OH^-:

\({pOH}=-log\ [OH-]\)

Com essas considerações matemáticas é que a escala de pH foi projetada e, por isso, ela varia de 0 a 14. Essa relação indica que as escalas de pH e pOH são complementares, por isso, é possível converter o valor de uma em outra pela subtração:

\({pH}={14}-{pOH}\)

\({pOH}={14}-{pH}\)

Veja também: pH e pOH de solução-tampão

Como se mede o pH?

As medições de pH podem ser realizadas por duas técnicas: pelo uso de indicadores ácido-base ou pelo uso de equipamentos de medição de pH, conhecidos como pHmetros ou peagômetros.

• Indicadores ácido-base

Os indicadores ácido-base são preparados por meio de substâncias químicas que mudam de cor em resposta à variação de acidez de um meio.

Os indicadores ácido-base, que também podem ser formados por uma base fraca e seu ácido conjugado, normalmente são compostos por um ácido orgânico fraco que alcança o equilíbrio químico com sua base conjugada. Como cada uma dessas espécies possui uma coloração diferente, uma delas se torna dominante ao variar o pH do meio.

O interessante dos indicadores ácido-base é que cada um deles tem sua coloração alterada em uma determinada faixa de variação do pH. Por isso, a escolha do indicador a ser utilizado deve ser feita adequadamente, caso contrário, não registrará a alteração de cor do sistema. Veja a seguir exemplos de indicadores ácido-base.

Em rotina de laboratório, é muito comum a necessidade de medições rápidas de pH. Para essa tarefa, é usual a utilização de tiras de pH. As tiras de pH são feitas de papel filtro impregnadas com soluções de indicadores ácido-base. Ao aplicar sobre a tira uma gota da solução a ter seu pH determinado, o papel irá mudar de cor, e o pH será estimado pela comparação com uma tabela de referência.

O uso de indicadores ácido-base apresenta a limitação da baixa precisão na determinação exata dos valores de pH. Isso ocorre devido à possibilidade de interferências na observação das cores, como soluções coloridas, rápida alteração de cor e limitações visuais do operador.

• pHmetro

O equipamento eletrônico para a medição do pH fornece valores mais precisos e confiáveis do que os indicadores ácido-base. O princípio de funcionamento dos medidores de pH se baseia na medida da condutividade elétrica da solução e posterior conversão para valores de pH entre 0 e 14.

Antes do uso do equipamento, ele é configurado com soluções padrão de um ácido e de uma base, procedimento conhecido como calibração. Graças à calibração, o pHmetro é capaz de identificar o valor de pH em meios ácidos e básicos.

As vantagens do uso do pH são a rapidez e precisão dos resultados. Além disso, é possível utilizá-lo na medição em soluções coloridas, o que não é possível quando se usa os indicadores ácido-base.

Importância e função do pH

A importância do pH no nosso dia a dia é enorme, uma vez que indica se vários aspectos estão como devem estar, a começar pelo sangue nos corpos animais e nos corpos humanos, que deve permanecer rigorosamente entre 7 e 7,5. Na boca, o pH da saliva deve ficar entre 6,8 e 7,2. Valores diferentes disso podem afetar o esmalte dentário. No estômago, o nível de acidez está entre 1,5 e 2,0, em razão da presença do ácido clorídrico no suco gástrico. Já no intestino, o pH se mantém em aproximadamente 8.

O valor de pH dos diferentes compartimentos do corpo auxilia no funcionamento adequado do organismo, desde o processo de digestão de alimentos ao transporte de substâncias pelo sangue.

O monitoramento dos valores de pH é de extrema importância nos processos de fabricação e conservação de alimentos. O leite possui um pH ideal entre 6,6 e 6,8. A fabricação da cerveja é um processo cuidadoso em que o pH deve ficar entre 5,2 e 5,5, para garantir o adequado funcionamento das enzimas. Já os refrigerantes são bebidas com caráter ácido, em que o pH está em torno de 2,5.

Na agricultura, o bom desempenho das plantações depende da adequada manutenção do pH dos solos, que pode variar dependendo da cultura.

Saiba mais: O pH do solo e a coloração das plantas — como se relacionam?

Exercícios resolvidos sobre o que é pH

Questão 1

(Enem 2012) Uma dona de casa acidentalmente deixou cair na geladeira a água proveniente do degelo de um peixe, o que deixou um cheiro forte e desagradável dentro do eletrodoméstico. Sabe-se que o odor característico de peixe se deve às aminas e que esses compostos se comportam como bases. Na tabela são listadas as concentrações hidrogeniônicas de alguns materiais encontrados na cozinha, que a dona de casa pensa em utilizar na limpeza da geladeira.

Dentre os materiais listados, quais são apropriados para amenizar esse odor?

A) Álcool ou sabão.

B) Suco de limão ou álcool.

C) Suco de limão ou vinagre.

D) Suco de limão, leite ou sabão.

E) Sabão ou carbonato de sódio/barrilha.

Resolução:

Alternativa C

O forte odor na geladeira é causado pela presença de compostos derivados da amina, os quais possuem caráter básico e, portanto, têm pH acima de 7. Uma forma de conseguir retirar o mau cheiro causado pelas aminas é realizar uma reação de neutralização, utilizando um ácido (valor de pH abaixo de 7). Na reação de neutralização são formados água e um sal.

Na lista de produtos disponíveis na cozinha da dona de casa devemos procurar por substâncias ácidas. O exercício não fornece o valor do pH, mas sim os valores das concentrações de íons hidrônio. Dessa forma, basta lembrar-se que:

\({pH}=-log [H_3O^+]\)

Assim, para o suco de limão, o pH será:

\({pH}=-{log}{\ ({10}}^{-{2}})\)

\(10^{-{pH}}={{10}}^{-{2}}\)

\({pH}={2}\)

Aplicando o mesmo raciocínio para as demais substâncias, tem-se:

• Leite: pH = 6.

• Vinagre: pH = 3.

• Álcool: pH = 8.

• Sabão: pH = 12.

• Carbonato de sódio barrilha: pH = 12.

Portanto, as únicas substâncias ácidas são o suco de limão e o vinagre, com valores de pH iguais a 2 e 3, respectivamente. O leite também apresenta valor de pH abaixo de 7, mas como o suco de limão e o vinagre são mais ácidos do que o leite, serão mais eficientes para neutralizar a base.

Questão 2

(Enem 2010) O rótulo de uma garrafa de água mineral natural contém as seguintes informações:

As informações químicas presentes no rótulo permitem classificar os produtos de várias formas, de acordo com seu gosto, seu cheiro, sua aparência, sua função, entre outras. As informações da tabela permitem concluir que essa água é

A) gasosa.

B) insípida.

C) levemente azeda.

D) um pouco alcalina.

E) radioativa na fonte.

Resolução:

Alternativa D

Note que de todas as informações contidas na tabela precisamos apenas saber interpretar o valor de pH, que é igual a 7,54.

Considerando a escala de pH, esse valor está apenas um pouco acima de 7, portanto, pode-se considerar que a água da garrafa é apenas um pouco alcalina. Lembre-se que o termo alcalino se refere à basicidade.