HistoriaLa concepto de p [H] fue introducido por primera vez por el químico danés Søren Peder Lauritz Srensen en el Laboratorio de Carlsberg en 1909 y revisado para el pH moderna en 1924 después de que se se hizo evidente que la fuerza electromotriz en las células depende de la actividad en lugar de la concentración de iones de hidrógeno. No se sabe cuál es la definición exacta de p es. Algunas referencias sugieren la P significa ower, otros se refieren a la palabra alemana otenz (es decir, el poder en alemán), otros se refieren a OTENCIAL. Jens Norby publicó un artículo en 2000 argumentando que p es una constante y denota logaritmo egative; que también se ha utilizado en otras obras. H, entonces significa hidrógeno. De acuerdo con la Fundación Carlsberg pH significa "poder del hidrógeno". Otras propuestas que han surgido en los últimos años es que la P significa puissance (que también significa el poder, sino el Laboratorio Carlsberg era de habla francesa) o que el pH es sinónimo de los términos latinos Pondus Hydrogenii o hydrogenii potentia. También se sugiere que Srensen utiliza las letras p y q (letras en matemáticas comúnmente emparejado) simplemente para etiquetar la solución de ensayo (p) y la solución de referencia (Q). Definiciones matemáticas DefinitionpH se define como el logaritmo decimal negativo de la actividad de los iones de hidrógeno en una solución. En virtud de su naturaleza logarítmica, el pH es un quantity.where adimensional aH es la (adimensional) la actividad de los iones de hidrógeno. La razón de esta definición es que aH es una propiedad de un solo ión, que sólo se puede medir experimentalmente por medio de un electrodo selectivo de iones que responde, de acuerdo con la ecuación de Nernst, a la actividad de iones hidrógeno. El pH se mide comúnmente por medio de un electrodo de vidrio combinado, que mide la diferencia de potencial, o de la fuerza electromotriz, E, entre un electrodo sensible a la actividad de los iones de hidrógeno y un electrodo de referencia, tal como un electrodo de calomelanos o de un electrodo de cloruro de plata. El electrodo de vidrio combinado sigue idealmente la ecuación de Nernst: donde E es un potencial medido, E0 es el potencial de electrodo estándar, es decir, el potencial electode para el estado estándar en el que la actividad es uno. R es la constante de los gases, T es la temperatura en grados Kelvin, F es la constante de Faraday y n es el número de electrones transferidos, uno en este caso. El potencial del electrodo, E, es proporcional al logaritmo de la definición del ion hidrógeno activity.This, por sí mismo, es totalmente poco práctico, debido a que la actividad del ion hidrógeno es el producto de la concentración y un coeficiente de actividad. El coeficiente de actividad de ion único del ion hidrógeno es una cantidad que no se puede medir experimentalmente. Para evitar estos problemas, el electrodo se calibra en términos de soluciones de activity.The conocida definición operativa de pH se define oficialmente por la norma internacional ISO 31-8 de la siguiente manera: Para una solución X, medir por primera vez la EX fuerza electromotriz de la galvánica electrodo CellReference | solución concentrada de KCl || solución X | H2 | Ptand entonces también medir los ES fuerza electromotriz de una celda galvánica que difiere de la anterior únicamente por la sustitución de la solución X de pH desconocido, pH (X), por una solución de S de un pH estándar conocido, pH (S). El pH de X es thenthe diferencia entre el pH de la solución de X y el pH de la solución estándar sólo depende de la diferencia entre dos potenciales medidos. Por lo tanto, el pH se obtiene a partir de un potencial medido con un electrodo calibrado frente a una o más normas de pH; un entorno metro pH se ajusta de modo que el medidor de lectura para una solución de un estándar es igual al valor de pH (S). Los valores de pH (S) para una gama de soluciones estándar S, junto con otros detalles, se dan en las recomendaciones de la IUPAC. Las soluciones estándar se describen a menudo como solución tampón estándar. En la práctica, es mejor utilizar dos o más tampones estándar para permitir a las pequeñas desviaciones de la idealidad de Nernst-ley en electrodos reales. Tenga en cuenta que debido a que la temperatura se produce en las ecuaciones que definen, el pH de una solución es la temperatura dependent.Measurement de valores de pH muy bajos, tales como algunas aguas de mina muy ácidos, requiere procedimientos especiales. La calibración del electrodo en tales casos se puede hacer con soluciones patrón de ácido sulfúrico concentrado, cuyos valores de pH se puede calcular con el uso de parámetros de Pitzer para calcular la actividad coefficients.pH es un ejemplo de una función de acidez. las concentraciones de iones de hidrógeno se pueden medir en disolventes no acuosos, pero esto conduce, en efecto, a una función de acidez diferente, porque el estado estándar de un disolvente no acuoso es diferente del estado de referencia para el agua. Superácidos son una clase de ácidos no acuosas para los que la función de acidez Hammett, H0, se ha desarrollado. p [H] Esta fue la definición original de Srensen, que fue sustituida a favor de pH. [cuando?] Sin embargo, es posible medir la concentración de iones de hidrógeno directamente, si el electrodo es calibrado en términos de las concentraciones de iones de hidrógeno. Una forma de hacer esto, que se ha utilizado ampliamente, es para valorar una solución de concentración conocida de un ácido fuerte con una solución de concentración conocida de álcali fuerte en presencia de una concentración relativamente alta de electrolito de fondo. Como se sabe que las concentraciones de ácido y álcali, es fácil calcular la concentración de iones de hidrógeno de modo que el potencial medido se puede correlacionar con la concentración. La calibración se lleva a cabo normalmente mediante un gráfico en Gran. La calibración yieds un valor para el potencial estándar de electrodo, E0, y un factor de pendiente, f, de manera que la ecuación de Nernst en el formcan ser utilizada para obtener las concentraciones de iones de hidrógeno a partir de medidas experimentales de E. El factor de la pendiente es por lo general ligeramente menos de una . Un factor de pendiente de menos de 0,95 indica que el electrodo no está funcionando correctamente. La presencia de electrolito de fondo asegura que el coeficiente de actividad del ion hidrógeno es efectivamente constante durante la valoración. Como es constante su valor puede establecerse en uno mediante la definición del estado estándar como la solución que contiene el electrolito de fondo. Por lo tanto, el efecto de la utilización de este procedimiento es hacer actividad igual al valor numérico de la diferencia entre concentration.The p [H] y el pH es bastante pequeña. Se ha indicado que el pH = p [H] + 0,04. Por desgracia, es una práctica común utilizar el término "pH" para ambos tipos de medición. pOHpOH veces se usa como una medida de la concentración de iones de hidróxido, OH, o alcalinidad. pOH no se mide de forma independiente, pero se deriva de pH. La concentración de iones de hidróxido en agua está relacionada con la concentración de iones de hidrógeno por [OH = KW /[H +], donde KW es la constante de auto-ionización del agua. Tomando cologarithmspOH = PKW pH.So, a temperatura ambiente pOH pH 14. Sin embargo, esta relación no es estrictamente válida en otras circunstancias, tales como en las mediciones de la alcalinidad del suelo. ApplicationsSome típica del agua pH valuesPure tiene un pH alrededor de 7; los valores exactos dependen de la temperatura. Cuando un ácido se disuelve en agua el pH será inferior a 7 y cuando una base, o álcali se disuelve en agua el pH será mayor que 7. Una solución de un ácido fuerte, tal como ácido clorhídrico, a una concentración de 1 dm3 mol tiene un pH de 0. a una solución de un álcali fuerte, tal como hidróxido de sodio, a una concentración de 1 dm3 mol tiene un pH de 14. por lo tanto, los valores de pH medidos en su mayoría estar en el rango de 0 a 14. Desde el pH es una escala logarítmica una diferencia de una unidad de pH es equivalente a una diferencia de diez veces en ion hidrógeno concentration.Because el electrodo de vidrio (y otras electrodos selectivos de iones) responde a la actividad, el electrodo debe ser calibrado en un medio similar a la que se investiga. Por ejemplo, si se desea medir el pH de una muestra de agua de mar, el electrodo debe ser calibrado en una solución que se asemeja agua de mar en su composición química, como se detalla a medida aproximada below.An de pH puede obtenerse mediante el uso de un indicador de pH. Un indicador de pH es una sustancia que cambia de color en torno a un valor de pH particular. Es un ácido débil o base débil y el cambio de color se produce alrededor de 1 unidad de pH a cada lado de su constante de disociación ácida, o pKa, el valor. Por ejemplo, el indicador de fuego de origen natural es de color rojo en soluciones ácidas (pH & lt; 7) y azul en alcalina (pH & gt; 7) soluciones. indicador universal consiste en una mezcla de indicadores de tal manera que hay un cambio de color continuo de aproximadamente pH 2 a pH 10. papel indicador universal es simple papel que ha sido impregnado con indicador universal indicator.Universal componentsIndicatorLow pH colorTransition pH RangeHigh pH colorThymol azul (primera transición) azul red1.22.8orangeMethyl redred4.46.2yellowBromothymol blueyellow6.07.6blueThymol (segunda transición) yellow8.09.6bluePhenolphthaleincolorless8.310.0purpleA solución cuyo pH es de 7 se dice que es neutra, es decir, que no es ni ácida ni básica. El agua está sujeta a un auto-ionización process.H2O H + + OHThe constante de disociación, KW, tiene un valor de aproximadamente 10 a 14, por lo que en solución neutra de una sal, tanto la concentración de iones de hidrógeno y la concentración de iones hidróxido son aproximadamente 10-7 mol dm-3. El pH del agua pura disminuye con el aumento de las temperaturas. Por ejemplo, el pH del agua pura a 50 C es 6,55. Nótese, sin embargo, que el agua que ha sido expuesto al aire es ligeramente ácido. Esto es porque el agua absorbe el dióxido de carbono del aire, que luego se convierte lentamente en ácido carbónico, que se disocia para liberar iones de hidrógeno: CO2 + H2O H2CO3 HCO3 + H + Cálculo de pH para débil y fuerte acidsIn el caso de un ácido fuerte, hay es la disociación completa, por lo que el pH es simplemente igual a menos el logaritmo de la concentración de ácido. Por ejemplo, una solución 0,01 molar de ácido clorhídrico tiene un pH de og (0.01), es decir, pH = 2. El pH de una solución de un ácido débil puede ser calculado por medio de una tabla de ICE. Para los ácidos con un valor pKa mayor que aproximadamente 2, pH = (c0 registro pKa), donde c0 es la concentración del ácido. Esto es equivalente a ácido débil Burrows 'pH equationA método más general es el siguiente. Consideremos el caso de la disolución de un ácido débil, HA, en agua. En primer lugar anotar el equilibrio expression.HA A + H + La constante para esta reacción se especifica bywhere [] indica una concentración de equilibrio. La concentración analítica de los dos reactivos, CA para [A y CH para [H +] debe ser igual a la suma de las concentraciones de las especies que contienen los reactivos. CH es la concentración de mineral añadido acid.CA = [A + Ka [A [H +] CH = [H +] + Ka [A [H +] Desde la primera equationSubstitution de esta expresión en el segundo givesThis ecuación se simplifica a una ecuación cuadrática en la concentrationSolution ion hidrógeno de esta ecuación da [H +] y por lo tanto pH.This método también se puede utilizar para los ácidos polipróticos. Por ejemplo, para el ácido oxálico ácido diprótico, escribiendo A2 para el ion oxalato, CA = [A2 + 1 [A2 [H +] + 2 [A2 [H +] 2CH = [H +] + 1 [A2 [H +] + 22 [ ,,,0],A2 [H +] 2where 1 y 2 son las constantes de protonación acumulativos. Siguiendo el mismo procedimiento de la sustitución de la primera ecuación en la segunda, una ecuación cúbica en los resultados de [H +]. En general, el grado de la ecuación es uno más que el número de protones ionizables. La solución de estas ecuaciones se puede obtener de forma relativamente fácil con la ayuda de una hoja de cálculo como Excel u Origen. El pH siempre tiene una cantidad de cifras fraccionarias iguales a la cantidad de cifras significativas de la concentración. pH en flores macrophylla natureHydrangea son o bien rosa o azul, en función de una movilización dependiente del pH y la absorción de aluminio del suelo en los pigmentos de las plantas plants.pH dependientes que se pueden utilizar como indicadores de pH se produce en muchas plantas, incluyendo hibisco, caléndula, rojo la col (antocianinas), y el vino tinto. SeawaterThe pH del agua de mar juega un papel importante en el ciclo del carbono del océano y no hay evidencia de la acidificación del océano en curso causada por las emisiones de dióxido de carbono. Sin embargo, la medición del pH se complica por las propiedades químicas del agua de mar, y existen varias escalas de pH distintos en oceanography.As parte química de su definición operativa de la escala de pH, la IUPAC definir una serie de soluciones tampón a través de una gama de valores de pH (a menudo denotado con NBS o NIST designación). Estas soluciones tienen una resistencia relativamente baja iónico (~ 0,1) en comparación con la del agua de mar (~ 0,7), y por lo tanto no se recomiendan para su uso en la caracterización del pH del agua de mar ya que las diferencias de fuerza iónica causan cambios en el potencial de electrodo. Para resolver este problema, se desarrolló una serie alternativa de tampones a base de agua de mar artificial. Esta nueva serie resuelve el problema de las diferencias de fuerza iónica entre las muestras y las memorias intermedias, y la nueva escala de pH se conoce como la escala total de, a menudo indicado como escala total de pHT.The se definió utilizando un medio que contiene iones de sulfato. Estos iones experiencia de protonación, H + + SO42 HSO4, de tal manera que la escala total incluye el efecto de los dos protones (iones de hidrógeno libre) y los iones de sulfato de hidrógeno: [H +] T = [H +] F + [escala alternativa HSO4An, la escala libre, denota a menudo pHF, omite esta consideración y se centra exclusivamente en la [H +] F, en principio, por lo que es una representación simple de la concentración de iones de hidrógeno. Analíticamente, solamente [H +] T se puede determinar, por lo tanto, [H +] F debe ser estimada usando la [SO42 y la constante de estabilidad de HSO4, KS *: [H +] F = [H +] T [HSO4 = [H +] T (1 + [SO42 /KS *) 1However, es difícil estimar KS * en agua de mar, lo que limita la utilidad de la escala scale.Another libre de otro modo más sencillo, conocida como la escala de agua de mar, pHSWS denotado a menudo, tiene en cuenta una mayor relación protonación entre los iones hidrógeno e iones fluoruro, H + + F HF. Dando como resultado la siguiente expresión para [H +] SWS: [H +] SWS = [H +] F + [HSO4 + [HF] Sin embargo, la ventaja de tener en cuenta esta complejidad adicional depende de la abundancia de fluoruro en el medio. En el agua de mar, por ejemplo, iones de sulfato se producen a concentraciones mucho mayores (& gt; 400 veces) que las de fluoruro. En consecuencia, a efectos prácticos, la diferencia entre las escalas totales y agua de mar es muy small.The siguientes tres ecuaciones resumen las tres escalas de pH: pHF = log [H +] FpHT = log ([H +] F + [HSO4) = log [H +] TpHSWS = log ([H +] F + [HSO4 + [HF]) = log [términos prácticos H +] SWSIn, las tres escalas de agua de mar de pH difieren en sus valores por hasta 0,12 unidades de pH, diferencias que son mucho más grandes que la exactitud de las mediciones de pH normalmente se requiere, en particular en relación con el sistema de carbonato del océano. Desde que omite la consideración de iones de sulfato y de fluoruro, la escala libre es significativamente diferente de ambas las escalas totales y de agua de mar. Debido a la poca importancia relativa del ión fluoruro, las escalas totales de agua de mar y sólo se diferencian muy poco. SystemspH vivir en vivir systemsCompartmentpHGastric acid0.7Lysosomes4.5Granules de cromafines cells5.5Human skin5.5Urine6.0Neutral H2O a 37 C6.81Cytosol7.2Cerebrospinal fluido (CSF) síntomas 7.3Blood7.347.45Mitochondrial matrix7.5Pancreas secretions8.1General de acidosis, como resultado de la disminución en el cuerpo pH.The pH de diferentes compartimentos celulares, fluidos corporales y los órganos que se suele estrechamente regulado en un proceso llamado ácido-base homeostasis.The pH de la sangre es por lo general ligeramente básico con un valor de pH de 7,4. Este valor se refiere a menudo como pH fisiológico en la biología y la medicine.Plaque puede crear un ambiente ácido local que puede dar lugar a la caries dental por demineralisation.Enzymes y otras proteínas tienen un rango de pH óptimo y puede llegar a ser inactivada o desnaturalizado, fuera de esta range.The más trastorno común en la homeostasis ácido-base es la acidosis, lo que significa una sobrecarga ácido en el cuerpo, por lo general definido por el pH caiga por debajo de 7.35.In el cuerpo, pH puede estimarse a partir exceso conocido base (ser) y la concentración de bicarbonato (HCO3) por la siguiente ecuación: los rangos de referencia para los análisis de sangre, que muestra la concentración de protones (púrpura) a la izquierda. Se puede observar que los intervalos se mantienen en un rango estrecho, y que los protones libres están entre los compuestos con las concentraciones en masa muy pequeñas. 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