Di Kevin Beck – Aggiornato il 24 marzo 2022
Le proprietà uniche dell’acqua la rendono una pietra angolare della chimica e della vita di tutti i giorni. Anche se appare limpida in un bicchiere, l'acqua che utilizziamo (del rubinetto, dello stagno o dell'oceano) contiene quantità variabili di solidi disciolti che ne influenzano la chimica. Una delle misurazioni fondamentali del comportamento dell’acqua è il suo pH , la scala che ci dice se una soluzione è acida, neutra o basica.
Acidi sono sostanze che donano un protone (H⁺) in soluzione acquosa, producendo uno ione idronio (H₃O⁺) e una base coniugata. Acidi forti come l'HCl rilasciano protoni quasi completamente, anche in ambienti altamente protonici. Acidi deboli ionizzare solo parzialmente, tipicamente quando la soluzione è quasi neutra (pH≈7).
Basi accettano protoni o, equivalentemente, donano gruppi idrossilici (–OH). Una base forte come NaOH si dissocia completamente anche quando la concentrazione di ioni idrossido è elevata. Le basi deboli si comportano in modo simile agli acidi deboli, richiedendo condizioni quasi neutre per ionizzarsi.
pH sta per “pouvoir idrogeno ”, o il “potere dell’idrogeno”. È definito matematicamente come pH=‑log[H⁺] , dove [H⁺] è la concentrazione molare degli ioni idronio. La scala va da 0 a 14 in soluzioni acquose, comprimendo un'enorme gamma di concentrazioni di protoni in un intervallo gestibile.
Ogni variazione unitaria del pH rappresenta una variazione di dieci volte nella concentrazione di protoni:una soluzione a pH1 ha dieci volte più H⁺ di una a pH2, cento volte più di pH3 e così via. Questa relazione logaritmica è fondamentale per comprendere la chimica acido-base.
Supponiamo di avere una soluzione con un [H⁺] di 2,8×10⁻³M. Utilizzando la formula di base:
pH = –log₁₀(2.8 × 10⁻³) ≈ 2.55
Pertanto, la soluzione è fortemente acida.
L'acqua pura è anfotera:può agire sia come acido che come base, ma non è forte né l'una né l'altra. L’autoionizzazione dell’acqua è descritta dall’equilibrio:
H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻
Il prodotto delle concentrazioni di ioni H⁺ e OH⁻ è la costante del prodotto ionico, K_w :
K_w = [H⁺][OH⁻] = 1.0 × 10⁻¹⁴ at 25 °C
Prendendo il logaritmo negativo si ottiene pK_w=14 , il che spiega perché il pH neutro dell'acqua è 7,0 (poiché pH+pOH=pK_w).
Per ogni acido, la costante di dissociazione K_a si riferisce al suo pKa per pKa=‑log₁₀(K_a) . L'auto‑ionizzazione dell'acqua può essere vista come un caso speciale in cui l'acido è H₃O⁺ e la base è OH⁻, collegando Kw alle costanti di equilibrio acido-base.
Sebbene sia possibile eseguire i calcoli del pH manualmente o con la funzione di registro di una calcolatrice scientifica, i calcolatori online sono convenienti per miscele più complesse. Strumenti come il calcolatore del pH ChemGuide ti consentono di inserire vari acidi, basi e concentrazioni per calcolare istantaneamente pH, pOH e parametri correlati.
Comprendere i fondamenti di pH, pKa e costante di dissociazione dell'acqua consente di analizzare e prevedere il comportamento delle soluzioni acquose sia in contesti di laboratorio che nel mondo reale.
