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¿Por qué la escala de pH nació en el laboratorio de una cervecería?

Categoría: Naturaleza

La escala de pH, que usamos para medir si algo es ácido o alcalino, se creó en 1909 en el laboratorio de una empresa cervecera danesa [1]. ¿Qué relación tiene la cerveza con la acidez? Además, esta escala es especial: si el número cambia en 1, la concentración de iones de hidrógeno se multiplica por 10. Entre la lluvia y el jugo gástrico, la diferencia es de más de 10 000 veces. En este artículo exploramos por qué se diseñó así, cómo se mide y qué valores tiene dentro de nuestro cuerpo, basándonos en los datos históricos y científicos disponibles.

1. Por qué una cervecería necesitaba medir la acidez

Para hacer cerveza, el almidón de la malta se convierte en azúcar y luego la levadura lo fermenta. Una enzima llamada amilasa descompone el almidón y funciona mejor cuando el pH del mosto está entre 5.4 y 5.8; si es demasiado ácido o alcalino, su actividad disminuye o se detiene [5]. Durante la cocción, el pH del mosto baja entre 0.2 y 0.3, y se considera que un pH cercano a 5 es adecuado para iniciar la fermentación de la levadura [5]. Estos valores son orientativos generales para la elaboración de cerveza y varían según la marca.

Según la Wikipedia en inglés, S.P.L. Sørensen (1868-1939) fue director del laboratorio Carlsberg en Copenhague desde 1901 hasta 1938, donde estudiaba enzimas y proteínas [2]. Como la concentración de iones de hidrógeno era crucial para el funcionamiento de las enzimas, Sørensen introdujo la escala de pH en 1909 para representarla de forma sencilla [2]. Pero, ¿bajo qué reglas se definieron esos números?

2. Qué significa la «p» en pH y cómo funciona su escala

La concentración de iones de hidrógeno (cuántos moles hay por litro) se puede expresar como CH o como 10 elevado a la potencia menos X; a esa X se le llama índice de iones de hidrógeno [1]. Sørensen propuso usar la letra 'p' para escribir pH [3]. Si la concentración es de 0.1 moles por litro, el pH es 1; si es de 0.01 moles por litro, el pH es 2 [1]. Cuanto mayor es el número, menos iones de hidrógeno hay.

El agua pura a 25 °C tiene un pH de 7 y es neutra; por debajo de 7 es ácida y por encima es alcalina (o básica) [3]. Que el punto neutro sea 7 solo aplica a 25 °C; si cambia la temperatura, también cambia el valor neutro. No está claro por qué Sørensen eligió la letra 'p', ya que no lo explicó [3]. Una teoría sugiere que viene de la palabra francesa puissance o la alemana Potenz (ambas significan 'potencia'), pero no es un hecho confirmado [3]. Entonces, ¿qué pasa cuando el número cambia en 1?

3. El pH de la lluvia y del jugo gástrico: una diferencia de miles de veces

Según la Agencia Meteorológica de Japón, el pH del agua pura cuando está saturada de dióxido de carbono del aire es de 5.6, que es la referencia para la lluvia normal [6]. La lluvia ácida no tiene una definición numérica absoluta: es la lluvia acidificada por sustancias ácidas de origen humano, y a veces se usa un pH de 5.6 o menos como referencia [6]. Por tanto, la lluvia normal no tiene un pH de 7.

El jugo gástrico contiene ácido clorhídrico y pepsina, mostrando una acidez fuerte con un pH de 1.0 a 1.5 [8]. El ácido clorhídrico activa el pepsinógeno, el precursor de la enzima pepsina, para facilitar la digestión de los alimentos y también actúa como desinfectante [8]. Como los valores varían según la fuente, los tratamos aquí como aproximaciones. La diferencia entre la lluvia (pH 5.6) y el jugo gástrico (pH 1.0-1.5) es de 4.1 a 4.6 puntos. 10 elevado a 4.1 es aproximadamente 13 000, y 10 elevado a 4.6 es aproximadamente 40 000, por lo que la concentración de iones de hidrógeno es entre 13 000 y 40 000 veces mayor en el estómago (calculado entre el límite superior e inferior).

En Japón, la lluvia era más ácida que 5.6. En la encuesta de lluvia ácida del Ministerio de Medio Ambiente, el pH promedio anual de las precipitaciones en todo el país entre 1993 y 1995 fue de 4.8 a 4.9 [7]. Como 10 elevado a 0.8 es aproximadamente 6.3, la lluvia con pH 4.8 contiene unas 6.3 veces más iones de hidrógeno que la lluvia con pH 5.6. Estos son valores de la encuesta de la década de 1990, no los actuales. ¿Cómo se mide el pH?

4. Dos métodos para medir el pH: electrodos e indicadores de color

Según la Wikipedia en inglés, el artículo de Sørensen de 1909 trataba sobre la medición y el significado de la concentración de iones de hidrógeno en reacciones enzimáticas, y presentaba dos métodos de medición: uno eléctrico usando un electrodo de platino y otro comparando el color de un indicador con colores estándar [2]. Ambos métodos aparecían en el mismo artículo.

En la escuela se enseña que pH = -log[concentración], pero la definición internacional usa 'actividad' en lugar de concentración [4]. Sin embargo, la actividad de un solo tipo de ion no se puede medir directamente, por lo que el pH se considera una definición conceptual que no puede medirse por sí sola [4]. Por ello, las mediciones reales se realizan comparando con soluciones estándar. El pH no es solo una herramienta para conocer la acidez; también importa mucho dentro del cuerpo.

5. Por qué la sangre mantiene su pH en un rango muy estrecho

La sangre normal es ligeramente alcalina, con un pH de aproximadamente 7.35 a 7.45 [9]. Aunque la sangre salga ligeramente de este rango normal, puede tener grandes efectos en muchos órganos, por lo que el cuerpo regula estrictamente el pH de la sangre [9]. Un rango de 0.1 en pH equivale a una diferencia de aproximadamente 1.26 veces en la concentración de iones de hidrógeno (10 elevado a 0.1). Esto es un rango mucho más estrecho comparado con la diferencia de 10 000 veces entre la lluvia y el jugo gástrico.

El pH de la sangre está protegido contra cambios bruscos hacia la acidez o la alcalinidad por sistemas químicos amortiguadores, como el ácido carbónico y los iones bicarbonato [9]. Tanto las enzimas de la cerveza como las del cuerpo humano funcionan en un rango de pH estrecho. La escala creada en 1909 se sigue utilizando hoy como herramienta para expresar numéricamente ese rango.

6. Cómo investigar el pH por tu cuenta con productos de casa

Si te interesa profundizar, observa los envases de detergentes, jabones o cosméticos que tengas en casa y busca etiquetas como 'ligeramente ácido' o 'pH'. Si los encuentras, solo copia los números en tu cuaderno; no los mezcles ni los ingieras.

Para más lectura, puedes consultar las páginas de la Agencia Meteorológica de Japón sobre lluvia ácida [6] o los informes de la encuesta de lluvia ácida del Ministerio de Medio Ambiente [7]. También podrías sentir curiosidad por ver los gráficos y tablas originales del artículo de Sørensen de 1909 que mostraban los dos métodos de medición [2].

Fuentes

  1. Kotobank "pH" (Enciclopedia Mundial) https://kotobank.jp/word/pH-118874 (Definiciones sobre el proponente del pH y la notación 10^-X.)
  2. Wikipedia "S. P. L. Sørensen" https://en.wikipedia.org/wiki/S._P._L._S%C3%B8rensen (Investigación en el laboratorio y los dos métodos de medición del artículo de 1909.)
  3. Wikipedia "pH" https://en.wikipedia.org/wiki/PH (Escala de factor 10, pH 7 en agua pura a 25°C y teorías sobre el origen de la letra p.)
  4. IUPAC Gold Book "pH" https://goldbook.iupac.org/terms/view/P04524 (Definición de pH mediante actividad y su imposibilidad de medición directa.)
  5. Craft Beer & Brewing "pH" (Diccionario) https://www.beerandbrewing.com/dictionary/qeh4iQVXXP (Valores orientativos de pH en la elaboración de cerveza.)
  6. Agencia Meteorológica de Japón "FAQ sobre lluvia ácida" https://www.jma.go.jp/jma/kishou/know/env/acid/faq_acid.html (pH de 5.6 para lluvia normal y definición de lluvia ácida.)
  7. Ministerio de Medio Ambiente (Comunicado de prensa, encuesta de lluvia ácida) https://www.env.go.jp/press/771.html (Valores de pH de precipitaciones en Japón entre 1993 y 1995.)
  8. Kotobank "Jugo gástrico" (Mypedia/Enciclopedia Mundial) https://kotobank.jp/word/%E8%83%83%E6%B6%B2-430657 (pH del jugo gástrico y función del ácido clorhídrico.)
  9. Manual MSD versión para el público general "Equilibrio ácido-base" https://www.msdmanuals.com/ja-jp/home/12-ホルモンと代謝の病気/酸塩基平衡/酸塩基平衡の概要 (Rango de pH de la sangre y sistemas amortiguadores.)