Calculando el número de neutrones de cada

Escalas logarítmicas y el pH (I).
En esta actividad estudiaremos el significado de las escalas logarítmicas y su conexión con
una medida de la acidez y la basicidad llamada el pH.
Posiblemente hayas oído alguna vez noticias como: “la intensidad del temblor fue de 6.4
grados”. ¿Que quiere decir este número? A partir de nuestra experiencia sabemos que un
sismo de alrededor de 6.5 es ya considerable y que otro de 7.5 es bastante más fuerte.
Pero, ¿que tanto más fuerte? Una vez, dos veces, ¿tu qué crees? ______________________
La intensidad de los terremotos se expresa en una escala llamada de Richter, la cual mide la
energía generada por el sismo. Un incremento de una unidad en esta escala, como de 6.5 a
7.5 grados, implica un aumento en la intensidad de 10 veces. Así, un temblor de 7 es 10
veces mayor en intensidad que uno de 6.
Un sismo de 6 grados, ¿cuántas veces es mayor que uno de 5? _______________________
Un sismo de 7 grados, ¿cuántas veces es mayor que uno de 5? (Piensa y discútelo con tus
compañeros antes de contestar.) _______________________________________________
Explica por qué, un sismo de 8 grados tiene una intensidad 1,000 veces mayor que uno de
5: _______________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
¿Por qué crees que es casi imposible observar un sismo con una intensidad de 10?
(Sugerencia: compáralo con uno de 8 grados, que es ya muy fuerte) __________________
_________________________________________________________________________
----------------------------------------En muchas situaciones científicas es necesario representar cantidades muy grandes o muy
pequeñas. Sabes que para esto utilizamos una escritura con potencias de 10. Por ejemplo,
un vaso lleno de agua contiene aproximadamente 1025 moléculas. Para representar estas
cantidades en ejes coordenados, utilizamos escalas especiales que no van de 1 en 1, sino en
potencias de 10 como muestra la figura siguiente:
metros
10-6
10-3
micrómetro
milímetro
10-2
10-1
1
decímetro
10
102
103
106
kilómetro
megámetro
Nota cómo, de rayita en rayita, las cantidades se incrementan 10 veces cada vez. Nota
también cómo los exponentes van aumentando de uno en uno.
¿Cuántas veces es mayor es el megámetro que el kilómetro? ____________ ¿Cuántas
unidades cambia el exponente desde el kilómetro hasta el megámetro? ________________
D
e
s
a
r
r
o
l
l
a
n
d
o
i
d
e
a
s
Por simplicidad, se indican sobre el eje solamente los exponentes y se le designa como una
escala logarítmica como se muestra enseguida:
escala logarítmica
metros
-6
-5
-4
micrómetro
-3
-2
milímetro
-1
0
1
2
decímetro
3
4
5
6
kilómetro
megámetro
----------------------------------------Como un segundo ejemplo, la intensidad del sonido se expresa en una unidad llamada “bel”
(B) y su subunidad, el “decibel” (dB). Estas también representan cantidades en escala
logarítmica, así que un incremento de un bel representa que el nivel del sonido se ha
incrementado 10 veces.
escala logarítmica
bel
-1
0
mínimo
1
2
3
susurrar
4
5
6
hablar
7
8
9
gritar
10
11
música fiesta
El 0 en esta escala representa el mínimo audible por una persona (el cero no significa que
no haya sonido, sino que, para intensidades menores, el humano no las puede oír).
De acuerdo al diagrama anterior, ¿cuántas veces es más intenso el nivel del sonido al hablar
que al susurrar? _______________.
Explica por qué el nivel del sonido al hablar es un millón de veces más intenso que el
mínimo audible ____________________________________________________________
_________________________________________________________________________
De acuerdo al diagrama anterior, ¿cuántas veces es más intenso es el nivel del sonido de la
música en una fiesta de adolescentes que el de gritar? _______________
Ruidos con intensidades mayores a 12 B son peligrosos para el oído y resultan muy
molestos. Explica abajo por qué un ruido de, por ejemplo, de 14 B sería muy intenso.
(Sugerencia: compáralo con alguno de los de la escala de arriba):
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
Escalas logarítmicas y el pH (II).
En esta actividad estudiaremos una medida de la acidez y la basicidad llamada el pH.
El agua pura está formada casi completamente por moléculas de agua. ¿Qué más puede
contener el agua pura? Iones de agua disociada. Las moléculas de agua tienen una
probabilidad muy pequeña de romperse en iones hidrógeno (H+) e hidroxilo (OH). Así,
podemos encontrar estos iones en cantidades diminutas en el agua. La proporción es la
siguiente:
550 millones de moléculas de agua por cada ion H+
Esta pequeña concentración de iones, aún cuando parece insignificante, influye en
numerosas reacciones químicas y es determinante para el propio funcionamiento de muchos
sistemas (por ejemplo, la concentración de estos iones en el suelo influye en el crecimiento
de plantas; la concentración de ellos dentro y fuera de las células de un organismo es de
vital importancia en su funcionamiento).
Al agregar sustancias al agua, esta concentración cambia. Por ejemplo, al agregar un ácido,
éste se disocia, aumentando la concentración de estos iones de hidrógeno. De manera
similar, al agregar una base, su disociación produce una reducción en esta concentración.
Para expresar la concentración de iones de hidrógeno, se utiliza una escala logarítmica del
mismo tipo que en los ejemplos de la actividad anterior. Esta escala, llamada pH
(concentración H+), asocia un valor de 7 al agua pura (neutra) y aumenta su valor al
incrementarse la basicidad. El eje siguiente muestra esto:
escala logarítmica
pH
0
1
2
muy ácido
3
4
5
6
ácido
7
neutro
8
9
10
básico
11
12
13
14
muy básico
La leche tiene un pH aproximado de 6.5. ¿Es ácida o es básica? _____________________
Un jabón tiene un pH de 10.5. ¿Es ácido o es básico? ______________________________
El pH de un líquido es de 7.0. ¿Es ácido o básico? ________________________________
El pH de una disolución preparada en el laboratorio resulta ser de 13.1. ¿Es una disolución
ácida o básica? _____________________________________________________________
Al aumentar el pH de una sustancia, ¿la hacemos más o menos básica? _______________
Al aumentar el pH de una sustancia, ¿la hacemos más o menos ácida? ________________
La escala anterior nos indica además que:
Un aumento de 1 en el pH implica un aumento 10 veces mayor en
la basicidad o una disminución de un décimo en la acidez
D
e
s
a
r
r
o
l
l
a
n
d
o
i
d
e
a
s
Así por ejemplo, un refresco con un pH de 2.5 es 10 veces más ácido que uno con un valor
de 3.5.
El agua de dos mares es analizada. La primera tiene un pH de 7.5 y la segunda de 8.5.
¿Cuál es más básica? _____________________ ¿Cuántas veces más? ________________
Una manzana tiene un pH de 3.0 y un plátano de 5.0. ¿Cuál de ellos es más ácido?
________________________________ ¿Cuántas veces más? _______________________
Los terrenos, por diversas razones, pueden tener diferentes valores de pH. Un suelo, tiene
un pH de 4.5. ¿Es este suelo ácido o básico? _____________________________________
Las papas crecen mejor en un suelo de pH de 5.5. ¿Cuánto hay que disminuir la acidez del
suelo anterior para plantar papa? _______________________________________________
Las coles crecen mejor en un suelo con pH de 6.5. ¿En cuánto hay que disminuir la acidez
del suelo anterior para plantar coles? ___________________________________________
----------------------------------------Ya observamos que al aumentar el pH de una sustancia, la hacemos menos ácida. Menor
acidez implica también una menor concentración de iones de hidrógeno. Así, la escala de
pH está “al revés” en lo que se refiere a la concentración de H+. Un aumento en el pH
indica una disminución en la concentración de iones de hidrógeno.
Completa la tabla siguiente, indicando si un aumento (disminución) del pH, indica un
aumento o disminución en las otras tres propiedades.
Si el pH:
Basicidad:
Acidez:
Concentración
de H+
aumenta
disminuye
Recordemos que la concentración de iones de hidrógeno en el agua neutra (7 pH) es de:
550,000,000 moléculas de agua por cada ion H+
(7 pH)
Calculemos la concentración de estos iones para 6 pH. Esta disminución de 1 en el pH
implica un aumento de 10 veces en la concentración anterior. Así, tendremos:
550,000,000 moléculas de agua por cada 10 iones H+
(6 pH)
o, dividiendo entre 10:
55,000,000 moléculas de agua por cada ion H+
(6 pH)
Para un pH de 5 tendremos otro aumento de 10 veces en la concentración anterior. Así,
tendremos que:
55,000,000 moléculas de agua por cada _________ iones H+
(5 pH)
o:
_______________ moléculas de agua por cada ion H+
(5 pH)
Siguiendo la idea anterior, completa la siguiente tabla:
pH:
Cantidad de moléculas de
agua por cada ion H+
7
550,000,000
6
55,000,000
5
5,500,000
4
3
2
1
550
0
En un pH de cero, que sería extremadamente ácido, habría 55 moléculas de agua por cada
ion H+. Completa la tabla siguiente para pH que corresponde a disoluciones básicas (escribe
también el número en notación científica):
pH:
Cantidad de moléculas de
Cantidad en
agua por cada ion H+
potencias de 10
7
550,000,000
5.5  108
8
5,500,000,000
5.5  109
9
55,000,000,000
5.5  1010
10
11
12
13
14
Escalas logarítmicas y el pH (III).
En esta actividad ampliaremos el concepto de pH para concentraciones molares.
En la actividad anterior relacionamos un pH de 7 (neutralidad) con una concentración de:
550,000,000 moléculas de agua por cada ion H+
(7 pH)
La anterior corresponde también a una concentración molar de iones de hidrógeno de 10-7.
Es decir, en cada litro de agua encontraremos 10-7 moles de iones H+.
Recuerda que una disminución de 1 en el pH implica un aumento de 10 veces en la
concentración. De acuerdo a esto, llena la tabla siguiente:
pH:
Concentración Concentración
molar de H+
molar de H+
0
1
1
2
3
4
0.0001
5
6
10-6
7
10-7
0.0000001
8
9
10
11
12
13
14
Como puedes observar, la escala pH se basa en la concentración molar de H+, tomando el
exponente e ignorando su signo negativo. Es por esto que al aumentar el valor del pH,
disminuye la concentración de iones de hidrógeno.
Al aumentar el pH, ¿aumenta o disminuye la concentración molar de H+? ______________
_________________________________________________________________________
Esto implica que la acidez ¿aumenta o disminuye? ________________________________
¿Qué concentración molar de H+ corresponde a un limón con un pH de 2?
_________________________________________________________________________
¿Es ésta una concentración alta o baja (relativamente)? ____________________________
¿Qué representa esta concentración? ¿Acidez o basicidad? _________________________