GINEBRA
LA SALLE
La importancia biológica del pH
Todas las sustancias existentes en la naturaleza presentan características tanto físicas como químicas; el pH (potencial de hidrógeno) es una característica de tipo químico. El término potencial se refiere a que es una magnitud y, por lo tanto, se puede cuantificar utilizando una medida escalar, es decir, que se expresa con un número.
El pH es un factor determinante para la realización de muchos procesos internos de los seres vivos; algunos procesos están condicionados a la presencia de un determinado nivel de pH; por ejemplo, los procesos que se llevan a cabo en el estómago durante la digestión se realizan a un pH ácido, mientras que los procesos en el intestino delgado se realizan a un pH básico.
Las variaciones bruscas del pH pueden generar traumatismos en los organismos e inclusive la muerte. La sangre, por ejemplo, si se llega a acidificar o basificar produce la coagulación de la proteína seroalbúmina, y posteriormente, la muerte, ya que el proceso es irreversible.
Regulación del pH
En el organismo se presentan diferentes tipos de equilibrio; por ejemplo, el equilibrio entre el sueño y la vigilia; entre la actividad y el reposo; entre inspirar y espirar; entre la sangre venosa y la sangre arterial; entre ingerir el alimento y defecar; y entre ácido y base.
Escribe en tu cuaderno tus ideas acerca de cada uno de estos equilibrios, haciendo énfasis en cómo se logra, para qué se logra y cuáles son las consecuencias de que se altere.
En una reacción química se tienen dos tipos de sustancias, los reactivos o reactantes, y los productos; cuando se está iniciando la reacción, la velocidad a la cual los reactivos originan los productos es mayor, pero a medida que se va realizando los reactivos van siendo menos y la velocidad disminuye.
Posteriormente, los productos pueden reaccionar entre sí para formar nuevos reactivos y lo hacen a una velocidad mayor, porque cada vez hay más. El proceso continúa hasta que la velocidad de reacción para formar los productos es igual a la velocidad para formar los reactivos; se llega a un momento en donde reactivos y productos están en equilibrio, pero es lógico pensar que ese equilibrio es transitorio, puesto que los seres vivos están en continua actividad.
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Lo mismo sucede cuando la molécula de agua se disocia en dos tipos de iones, los hidrogeniones H+ y los hidróxilos OH; en la medida en que las concentraciones de los tipos de iones se habla de equilibrio, si hay mayor cantidad de hidrogeniones que de hidróxilos se dice que la solución es ácida; si, por el contrario, hay mayor cantidad de iones hidróxilo se dice que la solución es básica.
Realiza la siguiente prueba: toma medio vaso con jugo de limón, mídele el pH con papel indicador; posteriormente, adiciona una cucharadita de bicarbonato de soda y un poco de agua para diluir el bicarbonato, vuelve a medir el pH, sigue realizando la misma operación hasta lograr que el pH suba a 7 o más de 7. Analiza el experimento realizado y escribe tus conclusiones en el cuaderno.
Lo ideal es que midas con un pehachímetro, pero si no hay puedes utilizar papel indicador.
Elabora una tabla para registrar las anotaciones a medida que vayas adicionando agua.
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¿Qué cambios hubo en los valores del pH?
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¿Qué importancia tiene el agua en esta prueba?
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Revisa los conceptos de pH vistos en grado octavo y elabora una definición de este concepto.
El pH
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Desde hace miles de años se descubrió que existían sustancias como el vinagre, utilizado en la antigua Grecia y se determinó que era una sustancia ácida. La primera clasificación de ácidos y álcalis (bases) la hizo el químico Robert Boyle en el siglo XVII.
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En 1800 el científico sueco Svante Arrhenius planteó la idea de que el agua podía disolver la mayor cantidad de sustancias que existen en la naturaleza y basado en algunas pruebas definió los términos de ácido y bases. Como se necesitaba definir cómo se mediría esta característica, en 1909 el bioquímico Sören Sörensen estableció una escala de 0 a 14 para medir esta característica en una sustancia.
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El pH es la relación entre iones de hidrógeno (H+) y iones hidróxilo (OH-) en una solución. Se dice que el pH es ácido cuando los iones H+ se encuentran en mayor proporción que los iones OH; que el pH es básico o alcalino cuando ocurre lo contrario, es decir, que los iones OH- se encuentran en mayor proporción, y que el pH es neutro cuando los dos tipos de iones se encuentran en proporciones iguales en la solución. A continuación se presentan algunos ejemplos de esta propiedad.
El pH se mide en una escala de 0 a 14; las sustancias con valores de pH entre 0 y 7 se consideran de carácter ácido; las que tienen un pH entre 7 y 14 se consideran básicas o alcalinas. Las sustancias que tienen un pH de 7 o cerca de él se consideran de carácter neutro.
El pH es fundamental para el desarrollo de ciertos organismos o el funcionamiento de un proceso biológico; por ejemplo, la sangre debe tener un pH en el rango de 6.9 a 7.2, y si los niveles se desvían de estos valores, es decir, que si se establecen o muy ácidos o muy básicos, se pueden presentar problemas críticos para el organismo.
Los procesos digestivos, por ejemplo, tienen varias etapas: la digestión bucal, la digestión estomacal y la digestión intestinal. El pH de la boca es de 4.5, en el estómago es de 2 y en el intestino delgado es de aproximadamente 12, y solo a estos valores se llevan a cabo estos procesos.
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¿Qué sucedería si el pH del estómago fuera de 5 o 6? ¿Qué pasaría con el procesamiento de las sustancias? ¿Qué pasaría si el pH del estómago fuera ácido y el pH del intestino, también?
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El pH también es un elemento básico que se debe tener en cuenta en el funcionamiento de las plantas. Todos los minerales que entran a la planta, provenientes del suelo, deben estar disueltos en agua, si el pH varía demasiado. Por ejemplo, el aluminio y el manganeso son más solubles en agua a un pH ácido, mientras que el fosfato de calcio es más soluble a un pH neutro y ligeramente básico. En un suelo muy ácido los iones de hidrógeno remplazan los de calcio, magnesio y potasio, trayendo como consecuencia que las plantas no puedan absorber estos minerales y se presente deficiencia de estos elementos.
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Elabora una lista de productos que hayas oído mencionar en propagandas de televisión y que hagan referencia al pH.
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Elabora un resumen del mensaje, por ejemplo, cuando se dice que un jabón tiene pH de 4.5 debe ser por alguna razón. Especifícala en tu cuaderno.
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La lluvia ácida
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A la atmósfera van a dar una variedad de gases como los óxidos de azufre y de nitrógeno provenientes de la actividad industrial y del parque automotor. Una vez que los óxidos de azufre y nitrógeno son emitidos a la atmósfera reaccionan con la humedad presente en la misma, dan lugar a ácido
sulfuroso (H2SO3), ácido sulfúrico (H2SO4) y ácido nítrico (HNO3); la formación de estos se da conforme a las siguientes reacciones, respectivamente:
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SO2 + H2O H2SO3
SO3 + H2O H2SO4
3NO2 + H2O 2HNO3 + NO
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Cuando se forman las nubes estos compuestos están presentes allí, de tal manera que cuando se origina la lluvia se precipitan junto con el agua y a este fenómeno se le conoce como lluvia ácida, el cual tiene su origen en las zonas industriales, las zonas de alta densidad poblacional, el intenso tráfico vehicular o y el alto consumo energético.
Pero sus efectos no se limitan a esas áreas, ya que una vez que se han liberado los gases, estos son dispersados por los vientos y transformados en ácidos por las lluvias.
Usualmente, una lluvia se considera ácida cuando su pH está entre 3.5 y 4.5. La lluvia ácida es una mezcla de ácidos fuertes y débiles, en la cual los ácidos fuertes influyen, en mayor grado, en el nivel de acidez del agua.
Las sustancias químicas como los anhídridos y las condiciones meteorológicas actúan conjuntamente para dar lugar a las “lluvias ácidas”, ocasionando así daños al hombre y al ambiente. A continuación, se mencionan algunos de ellos:
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Daños a la salud y problemas graves a personas sensibles a enfermedades respiratorias.
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Deterioro de la vegetación (propiciando la caída del follaje), reducción del crecimiento en las plantas y aumento de la sensibilidad a plagas y enfermedades. Esto lleva a una gradual destrucción de la naturaleza, pues causa la deforestación, erosión y sedimentación del suelo.
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Efectos nocivos a la fauna acuática, porque altera el nivel de acidez (pH), esto es, algunas especies no pueden reproducirse ni sobrevivir en un medio ácido.
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Se modifican los procesos de descomposición y producción de la materia orgánica.
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Efectos corrosivos sobre edificios y monumentos, además de otros daños materiales.
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Efectos contaminantes en el agua, suelo, etc.
La siguiente tabla muestra los efectos de la variación del pH en la vida acuática:
Efectos de los niveles de pH en la vida acuática
A partir de los datos relacionados en la tabla, elabora un diagrama de barras y para cada una de las situaciones proyecta una explicación; por ejemplo, por qué razón a un pH de 4.0 – 4.5 no hay peces, ranas, ni insectos.
Los daños ocasionados por la lluvia ácida no se limitan a los lugares donde los gases fueron emitidos, ya que estos se dispersan. Por lo tanto, es responsabilidad de todos actuar para disminuirla, detectando lugares de emisión de partículas de SO2 y NO2 e implantando acciones comunitarias que ayuden a mejorar el ambiente.
Los daños ocasionados por la lluvia ácida son considerables, ya que afectan la salud humana, la flora y fauna, entre otros. De ahí la importancia de prevenirla. Prevenir la lluvia ácida es anticiparse a los daños provocados por esta, tratando de evitar el problema con acciones previas, y no esperar a atacarlo cuando los perjuicios ya están presentes. Para lograrlo, es necesaria la participación conjunta de todos los grupos sociales, pues así se podrán dar soluciones importantes al problema de la misma.
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Recomendaciones para prevenir la lluvia ácida:
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Es conveniente que las termoeléctricas y demás industrias altamente contaminantes utilicen gas en lugar de gas oil, que es el mismo combustible diesel.
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Controlar las emisiones de gases industriales mediante filtros, precipitadores y centrífugas.
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Reducir los óxidos de azufre y nitrógeno en los combustibles.
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Evitar la quema de árboles y plantas; en caso de observar un incendio, este se debe reportar.
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Reforestar el mayor número de áreas posibles y evitar la tala de árboles.
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En la agricultura, usar abonos orgánicos como el estiércol y evitar el uso de fertilizantes químicos.
En algunas ciudades se están llevando a cabo planes y programas para evitar y/o solucionar estos problemas. Este es el caso del famoso “día sin carro”, que consiste en que todos los autos, excepto algunos casos particulares, no circulen un día del año, además del conocido “pico y placa”. Existen planes y programas ecológicos que permiten disminuir levemente la contaminación; sin embargo, no acaban con este problema, porque se necesita de acciones muy grandes que implican una inversión inmensa de recursos, tanto logísticos, como humanos y económicos.
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Construye una tabla de dos columnas; en la primera coloca las consecuencias que genera la presencia de las lluvias ácidas, y en la segunda escribe un comentario personal frente a esa consecuencia.
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El pH en el suelo
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El pH en el suelo determina el nivel de acidez o basicidad que posee dicho suelo y es medido por una escala de pH (de 1 a 14). Es una de las propiedades químicas más importantes del suelo, porque un pH adecuado favorece la disponibilidad de nutrientes para las plantas, controla la actividad de los microorganismos, determina la solubilidad de los nutrientes y la mineralización de la materia orgánica. En los suelos ácidos, los cationes son desplazados por iones hidruro o hidrogeniones (H+), disminuyendo su disponibilidad. Esto origina que los cationes calcio (Ca++), potasio (K+), sodio (Na+), magnesio (Mg++), hierro (Fe++ o Fe+++), aluminio (Al+++) y manganeso (Mn++) sean fácilmente solubles en el agua y arrastrados por esta sin dificultad. En los suelos básicos, los aniones como nitratos (NO3-), nitritos (NO-), sulfatos (SO4=), fosfatos (PO4) y cloruros (Cl-) son desplazados de sus posiciones en el suelo por el anión hidróxilo (OH-); en consecuencia, al ser arrastrados por este dejan de estar disponibles para las plantas.
A través de un gráfico explica la relación existente entre un pH adecuado y la absorción de nutrientes por parte de la planta.
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