Marcos Vianna
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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!)
pH
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 $(OH)^-$.
pH
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 $(OH)^-$.
pH
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)
pH
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