Potencial de hidrógeno (pH) 1.- Introducción

Potencial de hidrógeno (pH)
1.- Introducción
El potencial de hidrógeno, usualmente llamado pH, se define como el logaritmo
negativo de la concentración molar de los iones hidrógeno. La relación entre el pH y la
concentración de protones viene dado por esta fórmula:
pH = - log [H+]
El pH del agua tiene un rango de valores entre 1 y 14 unidades de pH (UpH),
siendo el pH neutro, el valor de pH = 7. Los valores de agua de pH < 7, se consideran
aguas ácidas y los de valor de pH >7 aguas básicas. Por lo tanto si un agua tiene un
valor de pH = 4, quiere decir que su concentración de protones es de 10-4, y se dice que
es ácida. En cambio si el agua tiene un valor de pH = 10, su concentración de protones
es de 10-10, es este caso se dice que es básica.
El producto iónico del agua (Kw), se define mediante esta fórmula:
Kw = [H+] [OH-], siendo Kw = 10-14, por lo que nos queda una relación nueva,
que es la siguiente:
[OH-] = Kw/[H+]. [OH-] =10-14/[H+], que nos permite conocer la concentración
de iones hidroxilo. Esta concentración de iones hidroxilo, puede ponerse de modo
logarítmico quedando de esta forma:
pOH = - log [OH-] = - log (10-14/[H+])
El pOH, no es tan comúnmente utilizada como el pH, pero que guarda una
relación con el pH, desarrollando logaritmos en la formula del producto iónico de agua
de esta forma:
log Kw = log [H+] + log [OH-], siendo log Kw = 14, por lo que por la definición
de pH y de pOH nos queda que:
pH + pOH = 14
Conociendo el pH, podemos conocer el pOH y su vez las concentraciones de
iones hidrógeno e iones hidroxilo.
Los valores de pH que suelen encontrarse en aguas superficiales naturales varían
entre 6.5 y 7.9 UpH. En cambio en las aguas residuales, tanto urbanas como
industriales, el pH varía según los compuestos que en esta se encuentren y pueden a su
vez, ser de origen natural o artificial.
Los compuestos de las aguas residuales que pueden variar el pH de origen
natural, pueden ser:
Los carbonatos y bicarbonatos, como consecuencia de la disolución de
materiales calizos, que dan valores de pH básicos o el CO2, como consecuencia de la
disolución de la atmósfera, que dan valores de pH ácidos.
En cambio los compuestos de las aguas residuales que pueden variar el pH de
origen artificial, pueden ser:
Diversos ácidos, entre ellos el ácido sulfúrico, el clorhídrico, el nítrico y otras
sustancias como los ácidos orgánicos y bases como el hidróxido sódico y el amoniaco,
que provienen de la actividad industrial.
Estos compuestos pueden tener efectos perjudiciales en el medio receptor, sobre
todo en la flora y la fauna, ya que al acidificar o basificar las aguas, rompen el
equilibrio ecológico del medio provocando graves alteraciones en el ecosistema.
Cabe destacar, como dato importante, que los microorganismos solo pueden
vivir en un determinado rango de pH, relativamente estrecho y crítico. Valores fuera del
mencionado rango producen inhibiciones de las reacciones bioquímicas, por
desnaturalización de las proteínas y en consecuencia la muerte. Este rango de valores de
pH, no afecta igual a los microorganismos aerobios que a los anaerobios, desarrollando
la actividad de estos últimos en un rango de pH más estrecho (entre 6 y 8, mientras que
los aerobios están entre 5 y 9) e incluso siendo menos tolerantes a los cambios de pH.
Los valores extremos de pH también tiene efectos desfavorables sobre el
emulsionamiento de aceites, la corrosión, precipitación, precipitación o volatilización de
sulfuros y otros gases, etc. En el medio receptor son tóxicos y acentúan los efectos
perjudiciales de otros contaminantes.
El pH es un parámetro válido para predecir las propiedades químicas y
biológicas de los efluentes, pero no suministra información sobre la cantidad de ácidos
y bases presentes en el agua. Sin embargo, las normas de calidad de los efluente se
basan en estos valores máximos y mínimos permitidos. Se recomienda que el pH del
efluente esté comprendido entre los límites de 6 a 9.
El rango máximo de valores de pH está comprendido entre 6 y 9 UpH.
2.- Almacenaje de la muestra.
Para este parámetro, la muestra se debe almacenar en una botella de plástico de
polipropileno o de vidrio y asegurándose que estén bien tapadas, recomendándose que
se tome la medida In Situ, para evitar la disolución en el agua a analizar del CO 2 del
aire, ya que nos daría al variar su pH.
3.- Métodos de análisis
El método para determinar el pH, consiste en medir el potencial generado (en
milivoltios), por un electrodo de vidrio que es sensible a la actividad del ión H+. Este
potencial es comparado con un electrodo de referencia, que genera un potencial
constante e independiente.
La cadena electroquímica de este sistema de medición es:
Hg / Hg2Cl2-KCl // Vidrio/HCl 0.1N/Ag-AgCl
4.- Reactivos
a)
b)
c)
d)
Solución amortiguadora de pH 4.00 a 25 °C.
Solución amortiguadora de pH 7 a 25 °C.
Solución amortiguadora de pH 10 a 25 °C.
Solución de Cloruro Potásico (KCl) 3 Molar.
Las soluciones amortiguadoras sirven para la calibración del aparato, en cambio
la solución de cloruro potásico es para rellenar el electrodo y para la conservación de la
membrana de este, cuando no se está utilizando. Las disoluciones vienen ya preparadas
y se deben guardar en sitio fresco y seco o en la nevera y bien tapadas.
5.- Interferencias
La interferencia más importante es la mala conservación y limpieza, además de
la mala utilización de electrodo de vidrio, ya que puede afectar a la vida útil de este.
Cuando el agua a medir, lleva aceites, grasas, compuestos insolubles, etc., la membrana
de vidrio impide hacer contacto con la muestra, dando errores de medida.
En muestras de valores de pH mayores de 10, se presenta el error del sodio, el
cual puede ser reducido utilizando electrodos especiales.
El pH varía según la temperatura, por lo que cuando se mida el pH, se tendrá que
anotar la temperatura o ajustar, si el pH-metro viene con ese accesorio, la temperatura
del aparato automáticamente.
6.- Aparatos.
a) PH-metro.
7.- Procedimiento
Para medir el pH de una muestra es conveniente que el aparato esté calibrado
con las soluciones amortiguadoras y en perfecto estado de conservación y limpieza.
Se introduce el electrodo del pH-metro en el agua residual a medir, y se mide la
temperatura. Si quiere hacer la medida con ajuste de temperatura, utilice el accesorio
que llevará incorporado el aparato. El electrodo deberá estar separado de las paredes y
el fondo del recipiente a una distancia adecuada, sin que llegue a rozar en ningún
momento Se toma nota del pH y de la temperatura y se enjuaga el electrodo con agua
destilada.
Se tapa el electrodo con un recipiente que contenga la solución de cloruro
potásico 3 M.
8.- Bibliografía
Standard methods for the examination of water and waste water publicado por la
APHA, 1995. Método para Determinación del color del agua 2120-B.
Standard methods for the examination of water and waste water publicado por la
APHA. 1985. Método espectrofotométrico para determinar color en el agua 206/9-85.