El pH del agua pura o destilada a 25 °C es teóricamente 7,0, porque la concentración de iones hidronio (H3O+) y de iones hidróxido (OH−) es igual. Sin embargo, en cuanto el agua destilada entra en contacto con el aire, absorbe dióxido de carbono (CO2), forma ácido carbónico y su pH puede descender, con frecuencia hasta valores cercanos a 5,5-6,5.
Por tanto, el valor de pH depende de la condición de la muestra: el agua recién producida y protegida del aire puede presentar un pH próximo a 7,0 a 25 °C, mientras que el agua destilada almacenada o expuesta a la atmósfera puede mostrar una lectura ácida. La medición también puede ser inestable porque el agua destilada tiene una conductividad y una fuerza iónica muy bajas.
Valor teórico del pH del agua destilada a 25 °C
El pH se define como el logaritmo cambiado de signo, de la concentración en el agua de la concentración de iones Hidronio (H3O+), como la mayoría de ustedes se habrá olvidado de lo que es un logaritmo, les diremos que el pH define la mayor o menor acidez del agua (7 si es neutro, ácido si es menor de 7 y alcalino si es mayor).
En el caso del agua destilada, el pH es 7, lo que significa que existe un ion Hidronio (H3O+) y un ion hidróxido (OH-), por cada 10 millones de moléculas de agua, esto puede parecer una cifra pequeña, pero si recordamos que en una gota de agua hay algo más de mil seiscientos trillones de moléculas de agua, ello significa que existen en la misma gota unos 160 billones de iones Hidronio (para obtener esa cifra basta dividir la cantidad de 1.600 trillones de moléculas de agua en una gota, por 10 millones, que es la proporción de iones hidróxido e hidronio, que existen en una molécula de agua).
A 25 grados de temperatura, en el agua destilada (nos referimos a agua pura), por cada 10 millones de moléculas de agua, un promedio de una molécula choca con otra con la energía y ángulo necesario, para romper las dos moléculas de agua, dando lugar a un ion hidronio (H3O+) y un ion de hidróxido (OH-), como se puede observar en la figura siguiente:
La diferencia entre los iones y las moléculas neutras como el agua, es que los iones tienen carga, en este caso negativa el ion Hidróxido OH- y positiva la del Hidronio H3O+, esto ocurre porque en las moléculas de agua, el número de electrones con carga negativa es el mismo, que el número de protones con carga positiva y por tanto no tienen carga o lo que es lo mismo son neutras, sin embargo cuando como consecuencia del choque se producen los iones el ion hidróxido OH-, mantiene un electrón más que protones, y por eso su carga es negativa.
Es electrón es el que le falta al ion Hidronio H3O+, y en él que, por tanto, el número de protones con carga positiva es superior al de los electrones, lo que determina que su carga sea positiva. Precisamente por tener carga los iones H3O+ (Hidronio) y OH- (Hidróxido), tienen una importancia extraordinaria en el agua de los acuarios, e incluso como explicaremos luego, en nuestra sangre, porque determinan el pH de la misma, que no es otra cosa que la medida de la acidez o alcalinidad del agua (o de la sangre), si el número de iones Hidronio (H3O+), es superior al del de iones Hidróxido (OH-), el agua tiene un pH ácido (inferior a 7) y si por el contrario es mayor el número de iones Hidróxido (OH-) que el de iones Hidronio (H3O+), el agua tiene un pH superior a 7 alcalino, y si el número de iones Hidronio (H3O+) es igual al de los iones Hidróxido (OH-), entonces el pH del agua es de 7, y es neutro.
Por qué el agua destilada puede tener un pH inferior a 7
El agua destilada, producto de los sistemas de destilación, desionización u ósmosis inversa, normalmente tiene un PH ácido. Entonces ¿Por qué el PH del agua destilada no es neutral? Esto no significa que el agua esté contaminada. A continuación, explicamos el por qué químico que explica la acidez de esta agua.
Los sistemas tanto de destilación como de desionización, apuntan a remover impurezas desde el agua. Estos procesos funcionan de diferentes maneras y tienen distintas ventajas y desventajas, a la vez que remueven muchos de los iones comúnmente encontrados en el agua de la llave como los carbonatos, nitratos y otros.
El resultado de esto es únicamente H2O, agua pura, lo que en teoría, debería tener un PH exacto y neutral de 7.0, cuando en realidad, apenas el agua entra en contacto con el aire, el Co2 (dióxido de carbono), comienza a disolverse en ella. Esto se disocia en la forma de un ácido suave llamado ácido carbónico. Esta es la misma forma en la que se genera la lluvia ácida.
El pH del agua pura (H20) es 7 a 25 °C, pero cuando se expone al dióxido de carbono en la atmósfera este equilibrio resulta en un pH de aproximadamente 5.2. Debido a la asociación de pH con los gases atmosféricos y la temperatura.
Esto significa que la mayoría del agua destilada o desionizada tendrá un PH ácido por debajo de los 7.0, casi llegando al 5.5. La absorción de CO₂: El contacto con el aire puede disminuir gradualmente el pH.
El agua desionizada recién producida puede tener un pH cercano a 7,0, mientras que el agua desionizada expuesta puede mostrar una lectura de pH más baja dependiendo de las condiciones de almacenamiento, el tiempo de exposición y la precisión de la medición.
Qué ocurre al disolverse el dióxido de carbono
El anhídrido carbónico se combina con el agua para generar ácido carbónico de acuerdo con la siguiente reacción: CO2 + H2O = CO3H2
A diferencia del agua del grifo, el agua desionizada contiene muy pocos minerales disueltos y prácticamente no tiene capacidad amortiguadora. Al exponerse al aire, el agua desionizada absorbe dióxido de carbono (CO₂), que reacciona con el agua para formar ácido carbónico débil y puede provocar una disminución del pH.
Debido a su baja capacidad amortiguadora, su pH puede variar rápidamente tras la exposición al aire. Al carecer de iones amortiguadores, el agua desionizada absorbe fácilmente el CO₂ atmosférico, formando ácido carbónico (H₂CO₃) y disminuyendo el pH según las condiciones de exposición.
El agua destilada o desionizada puede absorber oxígeno disuelto, lo que podría interferir con procesos sensibles a la oxidación-reducción, como el cultivo celular o los experimentos electroquímicos.
El pH es una escala logarítmica
Las mediciones de pH se ejecutan en una escala de 0 a 14, con 7.0 considerado neutro. Las soluciones con un pH inferior a 7.0 se consideran ácidos. Las soluciones con un pH por encima de 7.0, hasta 14.0 se consideran bases o alcalinos.
En general, un agua con un pH < 7 se considera ácido y con un pH > 7 se considera básica o alcalina. La escala de pH es logarítmica, por lo que cada cambio de la unidad del pH en realidad representa un cambio de diez veces en la acidez.
En otras palabras, pH 6.0 es diez veces más ácido que el pH 7.0; pH 5 es cien veces más ácido que el pH 7.0. Y lo mismo pasa con un pH de 8 que no es una séptima parte más alcalino que un pH de 7, sino diez veces más.
Sin embargo, una escala logarítmica no es como una escala normal, por ejemplo, un pH de 7.3, no es 3 décimas más alto que uno de 7, sino el doble, y un pH de 8 no es una unidad más alcalino que uno de 7, sino diez veces más.
El pH se define como el logaritmo cambiado de signo, de la concentración en el agua de la concentración de iones Hidronio (H3O+). En el caso del pH si este es neutro (pH=7), esto equivale a un ion Hidronio (H3O+) por cada diez millones de moléculas de agua, o lo que es lo mismo a 1 divido por 10 millones, que numéricamente es 1/10.000.000 (una diezmillonésima), que se escribe también como 1/107 (pues diez millones no es otra cosa que multiplicar a 10 por sí mismo siete veces), que se escribe también como 10-7, el exponente negativo significa que hay que dividir 1 por 10 elevado a 7, que nos da una diez millonésima, o lo que es lo mismo un ion Hidronio (H3O+) por cada diez millones de moléculas de agua.
Por tanto: 1/10.000.000 = 1/107 = 10-7, en este caso el logaritmo que corresponde a un ion de Hidronio por cada diez millones de moléculas de agua es el exponente a que hay que elevar el número diez, que en este caso es -7, como el pH es el logaritmo cambiado de signo, este es de - (-7) = 7.
Influencia de la temperatura a 25 °C
Las muestras cambian su pH en función de la temperatura debido a las variaciones en la disociación iónica; a medida que la temperatura aumenta, también aumenta la actividad iónica.
Todas las muestras poseen un coeficiente de temperatura que varía según sus características específicas. Los cambios en el pH debidos al coeficiente de temperatura de la muestra no son compensados por el instrumento.
Ya que la temperatura afecta las mediciones de pH, se requiere compensación de temperatura para obtener resultados precisos. La compensación de temperatura puede lograrse de tres maneras:
- Una sonda independiente diseñada específicamente para medir temperatura.
- Una sonda con sensor de temperatura incorporado.
- Ajuste manual de la temperatura.
Si no se dispone de una entrada de temperatura, muchos instrumentos aún ofrecen la capacidad de ajustar manualmente la temperatura. La compensación en pH proporciona el valor real de pH a la temperatura en la que se realiza la medición.
A 25 °C, el valor teórico es 59,16 mV/pH, considerado el estándar de calibración. Cuando la temperatura se aleja de este valor, la respuesta del electrodo cambia, como se observa en la tabla:
| Temperatura (°C) | Factor de pendiente (mV/pH) |
|---|---|
| 5 | 55,18 |
| 10 | 56,18 |
| 15 | 57,18 |
| 20 | 58,17 |
| 25 | 59,16 |
| 30 | 60,15 |
| 35 | 61,14 |
La pendiente del electrodo representa la variación de potencial (mV) que genera un electrodo por cada unidad de pH. De acuerdo con la ecuación de Nernst, esta pendiente aumenta proporcionalmente con la temperatura.
Rango de pH según el estado del agua destilada
| Condición del agua | pH aproximado a 25 °C | Interpretación |
|---|---|---|
| Agua pura recién producida y protegida del aire | 7,0 | Equilibrio teórico entre H3O+ y OH−. |
| Agua destilada expuesta al aire | Por debajo de 7,0 | Absorción de CO₂ y formación de ácido carbónico. |
| Agua desionizada expuesta | 5,0-6,5 | Variación relacionada con el tiempo de exposición y el almacenamiento. |
| Agua destilada almacenada | 5.5-7.0 | Puede absorber CO₂ durante su almacenamiento. |
La tabla anterior representa valores orientativos, porque el resultado depende del contacto con el aire, el recipiente, la limpieza, la temperatura, la pureza y el método de medición.
Por qué la medición del pH del agua destilada es difícil
Medir el PH del agua destilada es más complejo que hacerlo en agua estándar, ya que hay menos iones presentes. Esto significa que hay muy pocos interactuando con la membrana del electrodo para generar una respuesta.
Es por esto que los electrodos comunes mostrarán una gran derivación al intentar analizar agua destilada o desionizada, por lo que las lecturas estarán en constante movimiento, sin establecerse en una definición final. Finalmente, para poder analizar el PH de esta agua pura, se debe usar un electrodo especializado, diseñado para líquidos con baja fuerza iónica.
La baja fuerza iónica del agua ultrapura puede provocar una respuesta lenta de los electrodos, lo que aumenta el error de medición. El método de medición, el contenedor de almacenamiento, los materiales y la limpieza de los recipientes pueden influir en la calidad del agua.
Los cambios de temperatura pueden afectar la precisión de la medición del pH. El agua de mayor pureza es más sensible a la contaminación ambiental. El agua con baja conductividad puede hacer que las lecturas de pH sean menos estables.
Cómo medir correctamente el pH del agua destilada
Medición rápida con papel indicador
El método del papel de prueba de pH es uno de los métodos más sencillos y prácticos para determinar el pH del agua. El procedimiento consiste en sumergir el papel de prueba en la muestra durante 1 o 2 segundos y comparar el color resultante con una tabla de colores estándar para estimar el rango de pH.
Sus principales ventajas incluyen la facilidad de uso, el bajo costo y la ausencia de alimentación, lo que lo hace ideal para mediciones rápidas y aproximadas en el hogar o en exteriores. Sin embargo, sus desventajas son la menor precisión y la susceptibilidad a la interferencia de muestras de agua coloreada.
Medición con un pH-metro digital
El medidor de pH digital es un instrumento de alta precisión para la medición de pH. Antes de su uso, el electrodo debe calibrarse con soluciones tampón estándar.
Una vez calibrado, el electrodo se sumerge en la muestra de agua y, tras la estabilización, se registra la lectura. Las principales ventajas de este método son su alta precisión y su idoneidad para la monitorización continua.
Sin embargo, el electrodo requiere calibración periódica y es propenso al envejecimiento y la contaminación. Este método es ideal para aplicaciones de laboratorio e industriales donde la medición precisa del pH es crucial.
Medición colorimétrica
El método colorimétrico consiste en añadir un indicador de pH (p. ej., fenolftaleína o verde de bromocresol) a la muestra de agua y, posteriormente, usar un espectrofotómetro para medir la absorbancia tras el desarrollo del color.
El valor de pH se determina comparando los resultados con una curva de calibración estándar. Este método es especialmente útil para muestras de agua turbia o coloreada, donde las mediciones con electrodos pueden fallar.
Sin embargo, requiere reactivos específicos y es más complejo, lo que lo hace especialmente adecuado para estudios especializados de calidad del agua.
Medición dinámica en una celda de flujo
El agua desionizada pasa a través de una celda de flujo a un caudal bajo y constante, mientras el electrodo de pH mide el pH en la corriente en movimiento. Los datos deben registrarse después de 5 a 10 minutos en condiciones de flujo estable.
Este método minimiza la absorción de CO₂ y mejora el tiempo de respuesta del electrodo.
Medición estática en un recipiente cerrado
La muestra se coloca en un recipiente inerte y sellado, y se inserta el electrodo para la medición. Una agitación suave evita la formación de burbujas.
La lectura estabilizada suele estar entre un pH de 5,5 y 6,5, lo que hace que este método sea adecuado para análisis de laboratorio a pequeña escala.
Monitoreo en línea
En entornos industriales, se suelen utilizar sensores de pH en línea con compensación de temperatura para el monitoreo continuo. Estos sensores se integran frecuentemente con medidores de conductividad para la evaluación de la calidad del agua en tiempo real, lo que los hace ideales para el control de procesos en líneas de producción y sistemas de purificación de agua.
Debido a que el agua desionizada recién producida absorbe rápidamente el dióxido de carbono del aire, las mediciones de pH deben realizarse lo antes posible después de la toma de muestras para mejorar la precisión de la medición.
Medición de pH para Principiantes 🟡🟢🟠 Cómo Usar Tiras de pH Fácilmente
Conductividad y resistividad frente al pH
En muchas aplicaciones industriales, la conductividad y la resistividad se controlan con mayor frecuencia que el pH porque proporcionan una indicación más directa de la pureza iónica.
En muchas aplicaciones industriales, la conductividad y la resistividad se consideran indicadores más fiables de la pureza iónica que el pH por sí solo. En estas aplicaciones, la calidad estable del agua suele ser más importante que el pH por sí solo.
El agua desionizada se caracteriza por su bajísimo contenido iónico, baja conductividad, alta resistividad y ausencia de minerales que causan dureza. Sin embargo, aunque elimina la mayoría de los iones disueltos, no está completamente libre de contaminantes como gases disueltos, compuestos orgánicos o microorganismos.
La conductividad teórica del agua pura a 25 °C es de 5,5 × 10⁻⁶ S/m (18,2 MΩ·cm). El agua desionizada de alta calidad puede alcanzar un valor cercano a este, midiendo típicamente < 10 μS/cm, lo que la hace ideal para aplicaciones que requieren una mínima interferencia iónica.
Como inversa de la conductividad, la resistividad es una métrica crucial para la pureza del agua. El agua desionizada ultrapura puede alcanzar 18,2 MΩ·cm, un requisito estándar en la fabricación de semiconductores y la electrónica de precisión.
Factores que modifican la lectura del pH
- Absorción de CO₂: El contacto con el aire puede disminuir gradualmente el pH.
- Contenedor de almacenamiento: Los materiales y la limpieza de los recipientes pueden influir en la calidad del agua.
- Temperatura: Los cambios de temperatura pueden afectar la precisión de la medición del pH.
- Nivel de pureza del agua: El agua de mayor pureza es más sensible a la contaminación ambiental.
- Método de medición: El agua con baja conductividad puede hacer que las lecturas de pH sean menos estables.
Cuando se almacena en recipientes de vidrio, puede producirse una lixiviación de trazas de sodio o silicato, elevando el pH ligeramente por encima de 7. El contacto prolongado puede provocar que los metales traza se disuelvan en el agua, reduciendo su pureza.
El agua desionizada no es estéril y puede contener microorganismos incluso después de su almacenamiento. Para garantizar el control microbiano, puede ser necesario un tratamiento adicional, como la desinfección UV o la filtración por membrana.
Comparación con otros tipos de agua
| Tipo de agua | pH típico | Características principales |
|---|---|---|
| Agua destilada | 5.5-7.0 | Producido por destilación y puede absorber CO₂ durante su almacenamiento. |
| Agua DI | Alrededor de 7,0 cuando está recién producido. | Elimina los iones disueltos mediante intercambio iónico u otros procesos de desionización. El pH puede disminuir tras la exposición al aire. |
| Agua de ósmosis inversa | 5.5-7.5 | Producido mediante ósmosis inversa; retiene trazas de gases disueltos y una pequeña cantidad de minerales disueltos. |
| Agua del grifo | 6.5-8.5 | Contiene minerales de origen natural y, por lo general, se ajusta para cumplir con los estándares de agua potable. |
Los valores típicos de pH pueden variar dependiendo de la fuente de agua, el proceso de tratamiento, las condiciones de almacenamiento y la exposición al aire.
El rango normal de pH en agua superficial es de 6,5 a 8,5 y para las aguas subterráneas 6 - 8.5. En comparación, el agua del grifo suele tener un pH entre 6,5 y 8,5, que varía según la fuente y los métodos de tratamiento.
Pureza y usos del agua destilada o desionizada
El agua desionizada es un agua de alta pureza producida a través de procesos como intercambio iónico, ósmosis inversao electrodiálisis, que elimina casi todos los iones solubles, incluyendo calcio (Ca²⁺), magnesio (Mg²⁺), sodio (Na⁺) y cloruro (Cl⁻).
Según la Organización Internacional de Normalización (OIN), la desionización se define como la eliminación total o parcial de sustancias iónicas del agua. Gracias a su excepcional pureza, el agua desionizada es indispensable en aplicaciones de alta precisión como disolventes de laboratorio, limpieza de semiconductores, agua de alimentación de calderas de potencia y procesamiento químico.
Como recurso esencial en la industria moderna, la investigación científica y la atención médica, su calidad influye directamente en la precisión técnica, la fiabilidad del producto y la seguridad operativa.
Investigación de laboratorio
Como disolvente o agente de limpieza, puede evitar que las impurezas interfieran con los resultados experimentales, como en cromatografía, cultivo celular, PCR, etc., para garantizar la precisión de los datos.
Fabricación electrónica
La producción de semiconductores, circuitos integrados, pantallas LCD, etc., exige una calidad del agua extremadamente alta. El agua desionizada previene cortocircuitos y corrosión de componentes causados por la contaminación iónica, garantizando así el rendimiento del producto.
Un bajo nivel de contaminación iónica es fundamental en estas aplicaciones, ya que incluso trazas de iones pueden afectar a componentes electrónicos sensibles.
Industria energética
Se utiliza para el agua de alimentación de calderas a alta presión con el fin de prevenir la formación de incrustaciones iónicas que dañan los equipos y mejorar la eficiencia térmica.
El monitoreo de la conductividad se utiliza comúnmente para detectar la contaminación iónica en los sistemas de agua de alimentación de calderas.
Preparaciones farmacéuticas
La preparación de inyecciones, gotas oftálmicas, etc., requiere agua altamente purificada con estrictos requisitos de calidad microbiológica y química. El agua desionizada puede someterse a un tratamiento adicional para producir agua farmacéutica de mayor calidad, como el agua para inyección (WFI).
El agua desionizada no está destinada al consumo a largo plazo debido a su falta de minerales y electrolitos esenciales. Se produce principalmente para aplicaciones industriales, de laboratorio y farmacéuticas, no para consumo humano.
Especificaciones de calidad relacionadas con el pH
Distintas organizaciones han fijado estándares de calidad para el Agua Purificada en función del uso al que se destina. Entre ellas, destacan las siguientes:
- ASTM D1193 2011 (American Society for Testing and Materials)
- ISO 3696 (International Organization for Standardization)
- CLSI NCCLS (Clinical and Laboratory Standards Institute)
- EP y USP (Pharmacopea Europea y Pharmacopea Americana)
ASTM D1193-91
| Parámetro | Tipo I | Tipo II | Tipo III | Tipo IV |
|---|---|---|---|---|
| Conductividad eléctrica Max. (µS/cm @ 25ºC) | 0,056 | 1,0 | 4,0 | 5,0 |
| Resistividad eléctrica Min. (MΩ-cm @ 25ºC) | 18,2 | 1,0 | 0,25 | 0,2 |
| pH a 25ºC | - | - | - | 5,0 - 8,0 |
| TOC máx. (µg/L) | 10 | 50 | 200 | Sin límite |
| Sodio máx. (µg/L) | 1 | 5 | 10 | 50 |
| Sílice max. (µg/L) | 3 | 3 | 500 | Sin límite |
| Cloro max. (µg/L) | 1 | 5 | 10 | 50 |
ISO 3696
| Parámetro | Grado 1 | Grado 2 | Grado 3 |
|---|---|---|---|
| pH a 25ºC | N/A | N/A | 5,0 a 7,5 |
| Conductividad eléctrica (µS/cm @25ºC) | 0,1 | 1,0 | 5,0 |
| Materia oxidable. Contenido de oxígeno máx en mg/L. | N/A | 0,08 | 0,4 |
| Absorbancia a 254 nm y 1 cm de longitud de trayectoria óptica, unidades de absorbancia, máx. | 0,001 | 0,01 | No especificado |
| Residuos tras la evaporación al calentar a 110ºC mg/kg, máx. | N/A | 1 | 2 |
| Contenido de sílice (SiO2) máx en mg/L. | 0,01 | 0,02 | No especificado |
Normas de farmacopea
Distintas farmacopeas han establecido calidades para el agua. Entre las más conocidas se encuentran la USP (EE. UU) y la EP (Farmacopea Europea). Las farmacopeas establecen también criterios de pureza para agua con aplicaciones estériles y para inyectables (criterios microbiológicos y de pirógenos).
| Parámetro | EP | USP |
|---|---|---|
| Nitratos | <0,2 ppm | - |
| Metales pesados | <0,1 ppm | - |
| Carbono orgánico total | <500 µg/L C | <500 µg/L C |
| Conductividad | <4,3 µS/cm a 20ºC | <1.3 µS/cm a 25ºC |
| Bacterias (orientativo) | <100 CFU/ml | <100 CFU/ml |
Diferencia entre agua destilada y agua desionizada
El agua destilada se obtiene mediante destilación, mientras que el agua desionizada se produce mediante procesos como intercambio iónico, ósmosis inversa o electrodiálisis. Ambos tratamientos eliminan una gran parte de las sustancias disueltas, pero no producen necesariamente la misma composición residual.
El agua desionizada tiene un contenido iónico extremadamente bajo, baja conductividad, alta resistividad y ausencia de minerales que causan dureza. Sin embargo, aunque elimina la mayoría de los iones disueltos, no está completamente libre de contaminantes como gases disueltos, compuestos orgánicos o microorganismos.
El pH cercano a 7,0 corresponde principalmente al agua recién producida y protegida de la atmósfera. Una lectura inferior a 7,0 en agua destilada almacenada no demuestra por sí sola contaminación, porque puede deberse a la absorción normal de CO₂.
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