O que é pH?

Esta é fácil! É potencial hidrogênio-iônico (ou potencial hidrogeniônico), todo mundo sabe!

Maravilha! Agora, explique de um jeito que a gente entenda!

Tá bem! O pH mede a concentração de íons hidrogênio na água.

De modo geral, ela é muito pequena.

Aí a gente vai precisar lembrar de uma grandeza chamada mol.

Você sabe o que é 1 mol?

O mol designa uma quantidade.

Assim como:

uma dúzia designa 12 objetos, e...
uma centena designa 100 objetos...

1 mol designa $6,02\times10^{23}$ objetos!

(quer dizer: 602.000.000.000.000.000.000.000 objetos!)

O que acontece com a água pura a 25°C?

A molécula de água ($H_{2}O$) se dissocia da seguinte forma:

$H_ 2O$ ⇄ $H^{+}+ (OH)^-$

Na fórmula acima, $H^+$ é o íon hidrogênio e $(OH)^-$ é o íon hidroxila.

Íons positivos são chamados de cátions.

Íons negativos são chamados de ânions.

Que quantidade de água se dissocia?

A 25°C, a dissociação da água pura é muito pequena.

1 litro de água contém aproximadamente 55,6 mols de $H_ 2O$.

Dessa quantidade, estarão dissociados apenas $10^{-7}$ mols de $H^+$ e (é claro) $10^{-7}$ mols de $(OH)^-$.

Quer dizer: em 1 litro de água, que contém 33.471.200.000.000.000.000.000.000 moléculas de , estarão dissociados 60.200.000.000.000.000 cátions $H^+$ e 60.200.000.000.000.000 ânions de $(OH)^-$.

Esses números estão me dando tonteira...

Não só em você, eles tonteiam todo mundo!

É por isso que o pessoal da química trabalha com a grandeza mol, que a gente viu acima!

Ainda assim: veja que os números acima: 10 mols por litro, ou 602.000.000.000.000.000.000.000 cátions (ou ânions) por litro, são difíceis de trabalhar...

Aí ficou mais fácil usar o logaritmo, na base 10, das concentrações molares, afetado pelo sinal negativo.

O logaritmo base 10 pega apenas o expoente do número.

Por exemplo: o logaritmo, na base 10, de $10^{-7}$ é igual a -7.

(para simplificar, quando se trata de logaritmo na base 10, a gente diz apenas logaritmo; quer dizer: o logaritmo de $10^{-7}$ é igual a -7)

Então, o logaritmo, com sinal negativo, de $10^{-7}$ é igual a 7!

Logaritmo com sinal negativo tem um nome: cologaritmo.

E o cologaritmo da concentração do cátion $H^+$ é chamado de potencial hidrogeniônico – ou pH!

(Tem também o pOH; mas esta história depois a gente conta!)

(Mas já dá para adiantar o seguinte: pH + pOH = 14)

O que são ácidos e bases?

Taí uma questão polêmica para o pessoal da química: O que são eles?

Para nós, e para ficar fácil de entender, a gente pode dizer que:

Ácidos são substâncias que, ao serem adicionadas à água, liberam cátions $H^+$.

Bases são substâncias que, ao serem adicionadas à água, liberam ânions $(OH)^-$.

São exemplos de ácidos:

Ácido sulfúrico: ao ser dissolvido na água, se dissocia como:

$H_2SO_4 ⇄2H^{2+} SO_4^{2-}$

Ácido clorídrico: ao ser dissolvido na água, se dissocia como:

$HCl ⇄H^+ Cl^-$

São exemplos de bases:

Cal: ao ser dissolvida na água, se dissocia como:

$Ca(OH)_2 ⇄Ca^{2+} + 2OH^-$

Soda cáustica: ao ser dissolvida na água, se dissocia como:

$NaOH ⇄Na^++ OH^-$

Quer dizer:

Quando um ácido é dissolvido na água, a concentração de $H^+$ (que, na água pura a 25°C, era igual a $10^{-7}$ mols por litro) aumenta, e passa a ser igual, por exemplo, a $10^{-6}$ mols por litro; $10^{-5}$ mols por litro; $10^{-4}$ mols por litro.

O pH da solução, que é igual ao cologaritmo dessas concentrações, passará a ser, portanto: 6; 5; 4.

Quer dizer: se o pH da água é menor que 7, tem ácido dissolvido!

Além disso: Quando uma base é dissolvida na água, a concentração de $(OH)^+$ (que, na água pura a 25°C, era igual a $10^{-7}$ mols por litro) aumenta, e passa a ser igual, por exemplo, a $10^{-6}$ mols por litro; $10{-5}$ mols por litro; $10^{-4}$ mols por litro.

Em consequência, elas reagirão com os cátions $H^+$ que estavam presentes na água pura e formarão mais água, segundo a reação:

$H^+ + (OH)^- ⇄ H_2 O$

e diminuem a concentração de $H^+$, que passará a ser $10^{-8}$ mols por litro; $10^{-9}$ mols por litro; $10^{-10}$ mols por litro, respectivamente.

O pH da solução, que é igual ao cologaritmo dessas concentrações, passará a ser, portanto: 8; 9; 10.

Quer dizer: se o pH da água é maior que 7, tem base dissolvida!

E se a gente misturar um ácido e uma base?

Aí um reage com outro e eles se neutralizam. Vão formar sal e água.

Por exemplo: se a gente misturar ácido sulfúrico e cal hidratada:

$H_2SO_4 + Ca(OH)_2$

eles vão formar sulfato de cálcio e água:

$H_2SO_4 + Ca(OH)2 → CaSO_4 + H 2O$

(O $Ca(OH)_2$ é um sal)

Se a gente misturar ácido clorídrico e soda cáustica:

$HCl + NaOH$

eles vão formar sulfato de cálcio e água:

$HCl + NaOH → NaCl + H_ 2O$

(O $NaCl$ é um sal)

AHA! Agora já sei tudo sobre ácidos e bases!

Bem... a rigor, existem outras explicações mais complexas a esse respeito...

...mas, de modo geral, as dicas anteriores explicam muitas coisas que gostaríamos de saber (trata-se da teoria ácido-base devida ao cientista sueco Svante Arrhenius, do final do século XIX).

Existem outras teorias químicas para explicar ácidos e bases, mas vamos deixá-las para os especialistas.

Para nós, é importante saber que o valor do pH é fundamental para entender o que acontecerá com a qualidade da água.

Apenas tome cuidado com o seguinte: embora o pH seja uma medida da concentração de cátions $H^+$, quanto maior seu valor, menor é a sua concentração e vice-versa!

Alguns exemplos importantes são apresentados neste blog.

Aí vão algumas indicações:

Água dura faz mal à saúde? https://voimatoolbox.com/documents/view/agua-dura-faz-mal-a-saude

Sua água é agressiva ou incrustante? https://voimatoolbox.com/documents/view/sua-agua-e-agressiva-ou-incrustante

pH e cloração https://voimatoolbox.com/documents/view/ph-mais-baixo-aumenta-a-eficiencia-da-cloracao