Contenuto
- La definizione della scala del pH
- Lo scopo della scala del pH
- Esempi di sostanze acide
- Esempi di sostanze alcaline
- Miscelazione di acido e alcali
- Come misurare il pH
Potresti sapere che il livello di pH dell'acqua pura è 7, il pH dell'aceto è di circa 3 e il pH dell'idrossido di sodio è di circa 13, ma cosa significano effettivamente questi numeri? Ti dicono quanto sia acida o alcalina una soluzione acquosa (a base d'acqua), su una scala da 0 a 14. Questa scala è nota come scala del pH, dove pH è l'abbreviazione di "potere dell'idrogeno".
La definizione della scala del pH
Quando immergi acidi e alcali in soluzione, rilasciano ioni liberi. In una soluzione a base di acqua, un acido rilascia idrogeno positivo (H+) ioni mentre un alcali rilascia idrossido negativo (OH-) quelli. Ciò significa che quando un acido viene sciolto in acqua, l'equilibrio tra ioni idrogeno e ioni idrossido cambia, risultando in più ioni idrogeno che ioni idrossido nella soluzione (una soluzione acida). L'equilibrio cambia anche quando un alcali si dissolve in acqua, ma nel modo opposto. In questo caso, la soluzione finisce con più ioni idrossido rispetto agli ioni idrogeno (una soluzione alcalina).
La scala del pH misura quanto è forte un acido o un alcali. Se è il punto medio della scala, è considerato neutro: la concentrazione di ioni idrogeno è uguale alla concentrazione di ioni idrossido.
La definizione di pH è il registro negativo della concentrazione di ioni idrogeno. Il biochimico danese Søren Peter Lauritz Sørensen fu responsabile di questo termine, che creò nel 1909 come abbreviazione di "potere dell'idrogeno". "P" sta per la parola tedesca per potenza (potenz) e H è l'elemento simbolo di idrogeno.
Sørensen ha trovato la seguente equazione per calcolare il pH:
pH = -log
Log è il logaritmo in base 10 e rappresenta la concentrazione di ioni idrogeno in unità di moli per litro di soluzione.
Lo scopo della scala del pH
La scala del pH va da 0 a 14, con 7 che è un pH neutro, qualsiasi cosa sotto 7 è acida e qualsiasi cosa sopra 7 è alcalina (a volte indicata come base). La scala del pH è logaritmica, il che significa che ogni valore intero inferiore a 7 è 10 volte più acido del valore più alto, e ogni valore intero superiore a 7 è 10 volte meno acido del valore più basso. Ad esempio, un pH di 2 è 10 volte più acido di un pH di 3 e 100 volte più acido di un pH di 4. In altre parole, più forte è l'acido, più basso è il numero di pH e più forte è l'alcali, il maggiore il numero di pH.
Piccoli cambiamenti nel pH possono avere grandi effetti. Ad esempio, la pioggia acida, che generalmente ha un pH da 4,2 a 4,4, è più di 10 volte più acida della pioggia pulita, che di solito ha un pH di 5,6.
Una sostanza con un pH da 1 a 2 è considerata un acido forte, mentre una con un pH da 13 a 14 è un forte alcali. Se un acido è molto forte, può avere un pH negativo, mentre le basi molto forti possono avere un pH superiore a 14. Una sostanza che non è né acida o alcalina, come l'acqua pura, è neutra. Il sangue umano ha un pH leggermente superiore al neutro di circa 7,4.
Solo le soluzioni acquose hanno livelli di pH, il che significa che le sostanze chimiche, inclusi alcuni liquidi, non hanno valori di pH. Ad esempio, alcool puro, olio vegetale e benzina non hanno un livello di pH.
Esempi di sostanze acide
Le soluzioni acide hanno più ioni idrogeno rispetto alle soluzioni alcaline o neutre. Gli acidi hanno anche un sapore aspro e reagiscono molto fortemente ai metalli. Se concentrati, possono essere molto corrosivi. Alcuni acidi comuni includono succo d'arancia, aceto, limoni e acido solforico.
Esempi di sostanze alcaline
Le soluzioni alcaline hanno meno ioni idrogeno rispetto alle soluzioni o agli acidi neutri o acidi. Le basi tendono a sembrare scivolose e di solito hanno un sapore amaro. Come gli acidi, alcali forti possono bruciare la pelle. Alcune basi comuni includono ammoniaca, lisciva, bicarbonato di sodio, acqua insaponata, candeggina e latte di magnesia.
Miscelazione di acido e alcali
Se mescoli uguali quantità di un acido forte e un forte alcali, le due sostanze chimiche si annullano essenzialmente a vicenda e il risultato è un sale e acqua. Miscelare le stesse quantità di un acido forte e un alcalino forte produce anche una soluzione a pH neutro. Questa è nota come reazione di neutralizzazione e si presenta così:
HA + BOH → BA + H2O + calore
Ad esempio, la reazione tra l'acido forte HCl (acido cloridrico) e il forte alcali NaOH (sodio idrossido) è:
HCl + NaOH → NaCl + H2O + calore
Questa reazione produce cloruro di sodio (sale da cucina). Se nella reazione avessi più acido degli alcali, non tutto reagirebbe, quindi il risultato sarebbe sale, acqua e acido residuo e la soluzione sarebbe comunque acida (con un pH inferiore a 7). Tuttavia, se avessi più alcali che acido, ci sarebbero alcali rimanenti e la soluzione finale sarebbe comunque alcalina (con un pH maggiore di 7).
Poiché la miscela si riscalda durante la reazione, la neutralizzazione è nota come reazione esotermica. La neutralizzazione è usata per molte cose. Gli agricoltori possono usare la calce (ossido di calcio) per neutralizzare i suoli acidi. È possibile utilizzare il lievito in polvere, che contiene carbonato acido di sodio, per neutralizzare una puntura d'ape acida.
Qualcosa di simile accade quando uno o entrambi i reagenti sono deboli. Un acido debole o alcali non si dissociano completamente in acqua, quindi potrebbero esserci dei reagenti rimanenti alla fine della reazione, che influenzano il pH. Inoltre, l'acqua potrebbe non essere creata perché la maggior parte degli alcali deboli non sono idrossidi, quindi non esiste alcun OH- necessario per fare acqua.
Come misurare il pH
È possibile misurare il livello di pH di una soluzione in diversi modi. Il metodo più semplice prevede strisce reattive per pH, che sono realizzate con una carta speciale chiamata cartina di tornasole. Questa è una carta da filtro che è stata trattata con coloranti a base di licheni. Questo documento cambia colore quando viene a contatto con un acido o alcalino. Se collocata in una soluzione acida, la cartina di tornasole blu diventa rossa e, quando inserita in una soluzione alcalina, la cartina di tornasole rossa diventa blu. (Come ci si aspetterebbe, quando la cartina di tornasole blu viene inserita in una soluzione neutra, rimane blu e quando la carta di tornasole rossa viene inserita in una soluzione neutra, rimane rossa.)
Alcune strisce reattive per pH contengono barre indicatrici che cambiano colore a seconda della soluzione a cui è esposta la striscia. Quando si copre la striscia reattiva con la soluzione (in un contenitore pulito) per alcuni secondi e quindi la si rimuove, è possibile confrontare l'estremità della striscia reattiva con la tabella dei colori ricevuta con la carta per determinare il livello di pH della soluzione.
Un altro modo per misurare il pH richiede una sonda e un misuratore. Prima di utilizzare questi strumenti, è necessario calibrare il misuratore testandolo in una sostanza con un livello di pH noto (come acqua distillata con un pH di 7). Dopo aver apportato tutte le regolazioni necessarie al misuratore, risciacquato e asciugato la sonda e il misuratore, è possibile eseguire il test del pH sul campione liquido in un contenitore pulito abbastanza profondo da coprire completamente la punta della sonda. Controllare la temperatura del campione con un termometro e assicurarsi che il misuratore corrisponda a questa temperatura. Posizionare la sonda nel campione e attendere che la misurazione diventi costante (ciò significa che il misuratore ha raggiunto l'equilibrio) prima di registrare il livello di pH.