Si bien hay muchos pares redox en química, cuando hablamos de hidrógeno, agua y ORP estamos tratando con un par redox específico, el par redox H+/H2 4. Anteriormente mostramos la ecuación que se puede usar para describir la reacción redox en la que dos hidrógeno Los iones (2H+) aceptan dos electrones (2e-) para formar una molécula de gas H2.
Ahora en la Ecuación 3 puedes ver las dos especies que forman la pareja redox. "H+" es la forma oxidada del hidrógeno, que en sí no contiene electrones, y "H2" es la forma reducida, que contiene dos electrones (ver Figura 3). Dado que el ion H+ es un único protón que no puede donar electrones, sólo puede actuar como oxidante y aceptar electrones.
Por el contrario, dado que la molécula de H2 contiene dos electrones, puede (en las condiciones adecuadas) donarlos y actuar como agente reductor (o antioxidante). Más adelante veremos cómo la presencia simultánea de gas H2 e iones H+ en agua crea un ORP negativo.
pH
Como veremos más adelante, el pH del agua hidrogenada analizada tiene una fuerte influencia en la medición de ORP. Por tanto, es importante comprender algunos conceptos básicos sobre el pH.
Los iones de hidrógeno son el componente ácido del agua. Cuanto mayor es la concentración de iones H+, más ácida es el agua. El valor de pH, que significa "potencial de hidrógeno" (del latín "potentia hidrógenoii"), es una medida de la concentración de iones de hidrógeno (H+) en el agua. Al considerar átomos, moléculas, iones, etc. en términos cuantitativos, los números pueden llegar a ser extremadamente grandes o pequeños.
Por lo tanto, la escala de pH se desarrolló como una forma conveniente de expresar este tipo de números en potencias de diez (exponentes), en lugar de utilizar expresiones matemáticas equivalentes (pero más engorrosas) como 1×10-7 o 0,0000001.
La escala de pH, que va de 0 a 14, es una escala logarítmica en la que la concentración de iones H+ se expresa como una potencia negativa de 10. La ecuación 4 es la ecuación para calcular el valor de pH.
Dado que el pH es una función logarítmica, cualquier cambio en el pH de 1 representa un cambio diez veces mayor en la concentración de iones de hidrógeno. Como resultado, cambios muy grandes en la concentración de H+ se expresan en potencias de diez.
La presencia del signo menos delante de la función "log" permite que el pH se exprese solo en números positivos por conveniencia, pero también significa que los aumentos en el pH representan disminuciones en la concentración (y viceversa).
El nombre “hidrógeno” puede referirse a una de cuatro formas diferentes:
1) H+, ion hidrógeno positivo
2) H, átomo de hidrógeno
3) H-, ion hidrógeno negativo
4) H2, molécula de hidrógeno / hidrógeno molecular
El término "pH" siempre se refiere a H+, el ion hidrógeno positivo.
Por lo tanto, un valor de pH de cero contiene una concentración muy alta de iones H+, mientras que un valor de pH de 14 contiene una concentración de H+ muy baja. El “potencial del hidrógeno” a menudo se denomina erróneamente “el potencial del gas hidrógeno”. Sin embargo, el pH no está asociado con el gas H2 disuelto.
Agregar gas H2 puro al agua (por ejemplo, mediante burbujeo) no cambia el pH del agua. Sin embargo, ciertos procesos para producir agua hidrogenada pueden aumentar indirectamente el pH del agua.
Por ejemplo, en un ionizador básico, durante la electrólisis del agua (que reduce los iones H+ a H2 gaseoso en el cátodo), el pH del agua aumenta. Sin embargo, el aumento del pH no es causado por la presencia de gas H2. La verdadera razón es el consumo de iones H+ (ácido) y el aumento del contenido de iones OH- (base).
Recientemente, se han desarrollado nuevas tecnologías de agua con hidrógeno que tienen como objetivo maximizar el contenido de hidrógeno disuelto y al mismo tiempo producir agua con un pH cercano al neutro.
La Tabla 2 muestra la relación entre el pH y la concentración de iones de hidrógeno. La concentración de iones H+ determina si el agua es ácida (por debajo de 7) o básica (por encima de 7), donde 7 representa un pH neutro. Esta tabla nos ayuda a ver la relación exponencial (logarítmica) entre el pH y el número real (concentración) de iones H+. Dado que el ion H+ es una de las dos especies del par redox, no es sorprendente que el pH del agua tenga una influencia directa en la medición de ORP. En el siguiente apartado presentaremos la ecuación de Nernst, una herramienta matemática que nos ayudará a evaluar esta influencia.
Extracto del libro de Randy Sharpe: "La relación entre H2 disuelto, pH y potencial redox"
