As letras pH estão meio mergulhadas num copo, e a solução por cima delas muda de cor como um indicador universal, do vermelho ao violeta, passando pelo amarelo, o verde e o azul. Da bureta cai uma gota, um anel espalha-se pela superfície, do fundo sobem bolhas, o agitador gira, o bolbo do elétrodo de vidro acende-se. O aparelho no canto mostra um número, e a marca na tira indicadora em baixo chega à mesma casa.
Ficha da unidade
química e laboratório ficha 1/1 · rev. 2026-09Potencial de hidrogénio pH
Grandeza fora do SI · grandeza: acidez de uma solução, logaritmo adimensional da atividade dos iões hidrogénio
Uma escala logarítmica que não tem unidade
Em 1909, o químico dinamarquês Søren Sørensen estudava no laboratório da cervejeira Carlsberg como as enzimas dependem da acidez do mosto, e todos os dias registava concentrações como 0,000 000 1 mole por litro. Cansado de contar zeros, propôs escrever, em vez do próprio número, apenas o expoente sem o sinal de menos, de modo que um décimo de milionésimo se tornou um simples sete, e desde então a acidez mede-se por um número atrás do qual não há unidade nenhuma.
Esta notação é cómoda mas traiçoeira: um passo de uma unidade significa uma mudança de dez vezes, por isso uma solução de pH 3 não é um terço mais ácida do que uma de pH 5, mas cem vezes mais, e dois valores de pH não se podem somar nem fazer a média. Misturando volumes iguais de soluções de pH 2 e pH 4, obtém-se não 3, mas 2,30, porque o que se soma são as próprias concentrações, e o logaritmo toma-se já da soma.
A folha mostra como o pH se comporta numa titulação, porque é que o sete só é neutro a vinte e cinco graus e porque é que a grandeza que qualquer aquariofilista mede ainda não pode ser medida com rigor sem um acordo sobre o que se considera atividade de um único ião.
Escreve-se com p minúsculo e H maiúsculo, sempre por esta ordem e sem espaço: pH, e não PH nem Ph, porque a minúscula designa uma operação e a maiúscula um elemento químico. O número coloca-se depois do símbolo, como na temperatura em graus: pH 7,40, e nenhuma unidade se escreve a seguir.
O pH não é a concentração de um ácido nem a sua força: o vinagre e o ácido clorídrico com a mesma concentração dão pH 2,9 e 1,0, e um tampão pode conter muito ácido e mostrar mesmo assim um número quase neutro. Também não se deve confundir com o pKa, que pertence ao próprio ácido e não depende de quanto se deitou, ao passo que o pH pertence à solução.
01 · Definição
logaritmo · atividade · neutralidadeO potencial de hidrogénio, pH, é o logaritmo decimal com o sinal trocado da atividade dos iões hidrogénio numa solução. A atividade é adimensional porque se mede em relação a uma concentração padrão de uma mole por litro, e por isso também o logaritmo é adimensional: o pH não se mede em unidade nenhuma, apenas se exprime por um número.
Nas soluções diluídas a atividade quase coincide com a concentração, e então o pH pode calcular-se diretamente a partir das moles por litro, enquanto nas soluções concentradas e na água do mar os iões estorvam-se uns aos outros e a diferença entre concentração e atividade chega a décimas de unidade. A própria água dissocia-se um pouco em iões hidrogénio e hidróxido, o produto das suas atividades a 25 °C é 10⁻¹⁴, e chama-se neutra a uma solução em que há tantos de uns como de outros, ou seja, pH 7.
O produto iónico da água cresce depressa com a temperatura, por isso o ponto neutro desce para 6,13 na ebulição e sobe para 7,47 a zero graus; uma solução de pH 7 a 50 °C já é ligeiramente básica, embora o número seja o mesmo.
Duas gotas que mudam a cor do copo
À esquerda, da bureta pinga titulante para um copo com 25 mililitros de solução; o líquido está corado pelo indicador universal segundo o seu pH do momento, e o aparelho no canto mostra o número. À direita cresce a curva de titulação: a parte percorrida está desenhada com linha grossa da cor do indicador, o resto com um fino ponteado cinzento; o ponteado horizontal é a neutralidade pH 7, e o vertical, o ponto de equivalência, onde se juntou exatamente o titulante necessário para todo o ácido ou toda a base.
Misturar pH 2 e pH 4 não dá três
Um litro de solução de pH 2 contém um centésimo de mole de iões hidrogénio, e um litro de pH 4, um décimo de milésimo, de modo que depois de misturar haverá 0,0101 moles em dois litros, ou seja, 0,00505 por litro, e isso é pH 2,30. A solução ácida determina quase por inteiro o resultado, a menos ácida só lhe acrescenta diluição, e por isso o pH médio de várias amostras, registado num relatório como média simples, mente sempre sobre a mais ácida delas.
02 · Conversão
concentrações · substâncias · temperaturaDo número no aparelho às moles por litro
Introduza o pH, a concentração de iões hidrogénio ou hidróxido ou o pOH, e a folha recalcula todo o resto, compara a solução com substâncias conhecidas e mostra onde fica a neutralidade a outra temperatura. Em todos os separadores a solução é a mesma; só muda aquilo com que se compara.
Regra para memorizar: cada unidade de pH é uma mudança de dez vezes na concentração, cada 0,3 unidades, do dobro.
A conversão toma a atividade igual à concentração, o que só é verdade em soluções diluídas; na água do mar, no sangue e nos ácidos fortes, a correção do coeficiente de atividade desloca o resultado uma ou duas décimas. Os valores de pH das substâncias são típicos, não normativos: no sumo de limão, no café e na chuva, a variação de amostra para amostra chega a meia unidade.
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04 · Instrumentos de medição
papel · vidro · platina · tampõesCom que se apanha o ião hidrogénio
Um arco-íris na tira
O indicador universal é uma mistura de vários corantes, cada um dos quais muda de cor no seu próprio intervalo estreito, de modo que juntos colorem toda a escala do vermelho ao violeta. A tira mergulha-se na solução, a solução sobe pelo papel e a cor compara-se a olho com a escala impressa; a precisão é de cerca de uma unidade, mas a resposta fica pronta num segundo e não exige aparelho nenhum.
Vidro que sente o ácido
Um fino bolbo de um vidro especial incha à superfície, e os iões hidrogénio trocam-se com a sua camada hidratada, de modo que entre a solução interior e a exterior surge uma diferença de potencial. A 25 °C varia 59,16 milivolts por cada unidade de pH, e com o aquecimento o declive aumenta, por isso um medidor de pH decente mede sempre também a temperatura.
O zero de toda a eletroquímica
Uma lâmina de platina coberta de negro de platina esponjoso é banhada com hidrogénio à pressão de um bar, e nela estabelece-se um equilíbrio entre o gás e os iões hidrogénio da solução. Este elétrodo é incómodo e caprichoso, mas o seu potencial obedece sem intermediários à própria fórmula de definição, e é com ele que se certificam os tampões primários pelos quais se calibram todos os elétrodos de vidro do mundo.
Três copos antes de cada medição
O elétrodo de vidro envelhece, e o seu zero e o seu declive desviam-se, por isso antes do trabalho o aparelho verifica-se com tampões de pH conhecido, normalmente 4,01, 7,00 e 10,01 a 25 °C, e com eles volta a traçar-se a reta. Um aparelho sem essa calibração mostra um número com duas casas decimais, mas a segunda só é honesta até o elétrodo passar para uma solução desconhecida.
05 · Regras de escrita
símbolo antes do número · sem unidade · com temperaturaO número depois do símbolo, sem unidade
O símbolo pH coloca-se antes do número, como o nome de uma escala, e não depois, como uma unidade, e junto a um valor preciso indica-se a temperatura a que foi obtido.
A primeira linha à direita põe o símbolo depois do número, como se o pH fosse uma unidade, a segunda escreve um P maiúsculo, que em química não significa nada, e a terceira atribui ao expoente moles por litro, embora as moles só vivam na concentração. A quarta converte o logaritmo em percentagem, de modo que uma descida de 0,3 parece modesta, embora haja metade dos iões hidrogénio, a quinta acrescenta «unidades» inexistentes, e a sexta faz a média de logaritmos onde se deveria fazer a média de concentrações.
06 · Unidades vizinhas
concentração · logaritmo · quantidadeSob o logaritmo do pH está uma concentração em moles por litro, o próprio logaritmo aparenta-o com o decibel, que também comprime dezenas de ordens numa escala curta, e a mole continua a ser a única unidade do SI através da qual o pH se liga ao sistema.
Essa mesma concentração cujo logaritmo se toma, e em que se conta quanto ácido se deitou.
Também um logaritmo adimensional, só que de uma razão de potências e com um fator dez.
Quantidade de matéria, através da qual o pH se liga ao Sistema Internacional de Unidades.
07 · Secção histórica
arquivo · da cervejeira à IUPACComo os zeros se tornaram escala
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Quatro degraus que não cabem numa folha
A altura da coluna é a concentração de iões hidrogénio em escala comum, não logarítmica, para pH 1, 2, 3 e 4. Cada coluna é dez vezes mais baixa do que a anterior, e a quarta já quase não se vê; a moldura percorre-as à vez.
Sørensen não escolheu o logaritmo pela beleza, mas porque de outro modo as grandezas com que trabalhava não caberiam em papel nenhum: os sete degraus de pH 1 a pH 7 esticariam uma escala linear dez milhões de vezes.
Uma grandeza que não se pode medir sem um acordo
A definição fala da atividade de um único ião hidrogénio, mas a termodinâmica só sabe medir produtos de atividades de iões de sinal oposto, porque uma solução é sempre eletricamente neutra e dela não se pode tirar um ião isolado. Por isso, em rigor, nenhum aparelho mede o pH tal como está definido; só é acessível uma grandeza em que, juntamente com o hidrogénio, entra o ião cloreto.
O fosso fecha-se com um acordo: segundo a convenção de Bates-Guggenheim, o coeficiente de atividade do ião cloreto calcula-se por uma fórmula simples da teoria das soluções, e depois a célula de Harned, com elétrodos de hidrogénio e de prata-cloreto de prata e sem junção líquida, dá os valores primários de pH de vários tampões de referência. Todas as outras medições na Terra apoiam-se nesses tampões através de uma cadeia de calibrações.
Assim, em cada valor de pH, além da própria medição, há também um acordo, e dois laboratórios coincidem em centésimas de unidade não porque tenham medido a mesma natureza, mas porque adotaram a mesma convenção e se calibraram pelos mesmos tampões.