A escala de pH mede o grau de acidez ou basicidade de uma solução aquosa com base na concentração de íons hidrogênio (H⁺ ou H₃O⁺).
pH = -log[H+]
Onde:
pH é o Potencial Hidrogeniônico (uma grandeza adimensional).
log é o logaritmo na base 10.
[H+] é a Concentração em quantidade de matéria dos íons hidrogênio na solução, em mols por litro (mol/L).
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Passo 1: A Autoionização da Água Puríssima
A água pura sofre um processo contínuo de autoionização estabelecendo um equilíbrio químico:
H2O (l) + H2O (l) ⇌ H3O+ (aq) + OH- (aq)
Ou de forma simplificada:
H2O (l) ⇌ H+ (aq) + OH- (aq)
Passo 2: A Constante de Ionização da Água (Kw)
A constante de equilíbrio dessa reação a 25 °C é chamada de produto iónico da água (Kw):
Kw = [H+] × [OH-] = 1,0 × 10^-14
Em água pura e neutra, a concentração de H⁺ é igual à de OH⁻:
[H+] = [OH-] = Raiz(1,0 × 10^-14) = 1,0 × 10^-7 mol/L
Passo 3: A Definição da Operação "p"
Devido à variação de concentrações de íons H⁺ abranger muitas ordens de grandeza (ex: de 1 mol/L até 0,00000000000001 mol/L), o químico Søren Sørensen propôs o operador p, definido matematicamente como o logaritmo negativo na base 10:
p = -log10
Passo 4: Aplicação ao Íon Hidrogênio
Aplicando o operador p à concentração de íons [H+]:
pH = -log10([H+])
Por exemplo, para a água pura neutra onde [H+] = 10^-7 mol/L:
pH = -log(10^-7) = -(-7) × log(10) = 7
Da mesma forma, o pOH é definido como:
pOH = -log[OH-]
E aplicando o logaritmo na constante Kw:
pH + pOH = 14