Escala de pH — Ácidos, Bases e Como Calcular o pH

A escala de pH indica quão ácida ou básica é uma solução aquosa. Em química introdutória, ela costuma ser escrita como

$$\mathrm{pH} = -\log_{10}[H_3O^+]$$

em que $[H_3O^+]$ é a concentração de hidrônio em mols por litro. Quanto menor o pH, mais ácida é a solução. Quanto maior o pH, mais básica ela é.

A ideia principal para entender o pH é que ele não é uma escala linear. Uma variação de 1 unidade de pH corresponde a um fator 10 em $[H_3O^+]$. Portanto, pH 3 é muito mais ácido que pH 4, e não apenas um pouco mais.

O Que A Escala de pH Mede

Na água, os ácidos aumentam a concentração de hidrônio e as bases a reduzem. Como o pH é o logaritmo negativo na base 10 de $[H_3O^+]$, mais hidrônio significa pH menor.

Muitos livros escrevem $[H^+]$ como abreviação. Em água, $[H_3O^+]$ é a forma mais precisa de descrever a espécie ácida.

Na maioria dos problemas escolares, o pH aparece em uma escala de 0 a 14:

• abaixo de 7: ácido
• cerca de 7: neutro
• acima de 7: básico

Essa regra é um bom guia em sala de aula para soluções aquosas diluídas próximas de $25^\circ \mathrm{C}$. Ela não é uma regra universal para qualquer temperatura ou qualquer concentração.

Como Calcular o pH

Se você conhece a concentração de hidrônio, use a definição diretamente:

$$\mathrm{pH} = -\log_{10}[H_3O^+]$$

Se você conhece primeiro a concentração de hidróxido, pode encontrar o pOH:

$$\mathrm{pOH} = -\log_{10}[OH^-]$$

Depois, para soluções aquosas diluídas a cerca de $25^\circ \mathrm{C}$, use

$$\mathrm{pH} + \mathrm{pOH} = 14$$

Essa última equação depende da temperatura, então informe a condição ao usá-la.

Exemplo Resolvido: Encontre o pH de uma Solução com $[H_3O^+] = 1.0 \times 10^{-3}\,\mathrm{M}$

Comece com a definição:

$$\mathrm{pH} = -\log_{10}[H_3O^+]$$

Substitua a concentração:

$$\mathrm{pH} = -\log_{10}(1.0 \times 10^{-3})$$

Como $\log_{10}(10^{-3}) = -3$,

$$\mathrm{pH} = 3$$

Portanto, a solução é ácida.

Este exemplo também mostra a lógica da escala. Uma solução com pH 3 tem dez vezes a concentração de hidrônio de uma solução com pH 4, e cem vezes a concentração de hidrônio de uma solução com pH 5.

Por Que a Escala Parece Pouco Intuitiva no Início

As pessoas costumam ler valores de pH como se estivessem igualmente espaçados. Não estão. O logaritmo comprime grandes variações de concentração em pequenos passos numéricos.

É por isso que uma variação de 2 unidades corresponde a um fator de $100$, e uma variação de 3 unidades corresponde a um fator de $1000$:

$$10^2 = 100,\qquad 10^3 = 1000$$

Quando você mantém isso em mente, comparar valores de pH fica muito mais fácil.

Erros Comuns

Tratar o pH Como Uma Escala Linear

A diferença entre pH 2 e pH 3 não é do mesmo tipo que a diferença entre 20 cm e 21 cm. Ela representa uma variação de dez vezes na concentração de hidrônio.

Supor Que Neutro Sempre Significa pH 7

Esse é o valor padrão ensinado em sala de aula para água pura em torno de $25^\circ \mathrm{C}$. O pH neutro exato muda com a temperatura.

Confundir Força do Ácido com pH

Um ácido forte se ioniza mais completamente do que um ácido fraco nas mesmas condições, mas o pH também depende da concentração. Um ácido forte diluído pode ter pH maior do que um ácido fraco mais concentrado.

Usar Equações de pH Fora das Condições Indicadas

As fórmulas simples acima são mais confiáveis na química aquosa introdutória. Em trabalhos mais exatos, os químicos usam atividade em vez de concentração simples.

Quando a Escala de pH É Usada

A escala de pH é usada sempre que você quer uma medida rápida da acidez ou basicidade em sistemas à base de água. Exemplos comuns incluem titulações ácido-base, qualidade da água, química do solo, química de alimentos e fluidos biológicos.

Ela também é útil porque conecta ideias de química que os estudantes muitas vezes aprendem separadamente: concentração, logaritmos, ácidos e bases, e equilíbrio em água.

Tente Sua Própria Versão

Calcule o pH para $[H_3O^+] = 10^{-2}\,\mathrm{M}$ e $[H_3O^+] = 10^{-6}\,\mathrm{M}$. Depois compare as duas soluções em palavras, não apenas em números. Essa é a maneira mais rápida de tornar a escala logarítmica algo concreto.