pH sta per idrogeno potenziale con la “p” che significa potenziale e la “H” che sta per idrogeno. La scala del pH è una scala che viene usata per classificare la relativa basicità o acidità delle sostanze rispetto ad altre sostanze, basata sulla quantità di attività degli ioni idrogeno in una sostanza.
La scala è di natura logaritmica, il che significa che ogni valore intero di pH rappresenta un cambiamento di 10 volte il valore precedente. La scala del pH si basa sul pH 7, che è neutro e rappresenta le sostanze che non sono né un acido né una base.
La base della scala del pH
Anche se non sei intimamente familiare con i concetti di acidi e basi, hai certamente qualche esposizione ad essi. Le sostanze basiche sono cose come il bicarbonato di sodio, mentre le sostanze acide sono cose come il succo d’arancia e la soda. Le sostanze sono classificate come una base o un acido in base alla concentrazione di ioni idrogeno che la sostanza ha. La H in pH rappresenta il livello di attività degli ioni idrogeno in una data soluzione. Quindi è possibile definire le soluzioni acide e basiche in questo modo:
Una soluzione acida è una soluzione con livelli di ioni idrogeno maggiori della quantità che si trova nell’acqua pura (che è al sette neutro). Una soluzione basica, al contrario, ha una concentrazione di ioni idrogeno inferiore a quella dell’acqua.
Siccome l’acqua pura funziona come punto neutro sulla scala del pH, guardiamo le proprietà dell’acqua e mettiamole nel contesto degli ioni idrogeno. La ionizzazione dell’acqua si riferisce a come una piccola percentuale delle molecole d’acqua in una data quantità di acqua genererà spontaneamente ioni idrogeno quando si dissocerà, o si dividerà in particelle più piccole. Questo è talvolta indicato come autoionizzazione. Il processo di autoionizzazione produce un numero uguale di ioni idrossido (OH-) e di ioni idrogeno (H+). Si noti che gli ioni idrogeno di solito si legano direttamente con una vicina molecola di acqua per formare idronio (H3O+). Questo significa che non ci sono in realtà un mucchio di ioni idrogeno che galleggiano nell’acqua. Tuttavia, gli scienziati usano ancora la ionizzazione dell’acqua e gli ioni idrogeno che producono come un modo per creare una scala che permette il confronto dell’idrogeno sui livelli in altre soluzioni. Gli ioni idrossido tipicamente galleggiano solo all’interno della soluzione, a differenza degli ioni idrogeno.
In termini di numero di ioni idrogeno prodotti attraverso l’autoionizzazione, la quantità è pari a 1 x 10^-7 M (assumendo che sia acqua pura). La notazione si riferisce alle moli per litro d’acqua. Il numero di molecole d’acqua ionizzate è una percentuale incredibilmente piccola del numero totale di molecole d’acqua che si trovano in qualsiasi quantità di acqua pura.
Acid Solutions And Basic Solutions
Ora che abbiamo stabilito un punto di riferimento per la basicità e acidità delle soluzioni, possiamo discutere come vengono definiti acidi e basi. Le soluzioni acide sono quelle soluzioni che hanno una concentrazione di H+ maggiore dell’acqua pura, mentre le soluzioni basiche sono quelle che hanno una concentrazione di H+ inferiore a quella dell’acqua pura. Per dirlo in un altro modo:
Base = concentrazione di H+ < 1 x 10^-7 M
Acido = concentrazione di H+ > 1 x 10^-7 M
La concentrazione di ioni idrogeno in una soluzione è di solito data in termini di pH, che è calcolato come il log inverso della concentrazione di ioni idrogeno per quella data soluzione.
pH = -log10
Quindi, inserendo la concentrazione di ioni idrogeno dell’acqua in questa formula, si ottiene un valore di 7,0, o il pH neutro nella scala del pH. Come si può intuire, le sostanze composte principalmente da acqua, come il citosol che si trova nelle cellule o il sangue nel corpo umano, hanno valori di pH molto vicini al sette neutro. Acidi e basi possono essere aggiunti a una soluzione a base d’acqua, spostando la concentrazione di quella soluzione lontano dal punto di pH neutro. Le basi di solito aumentano il livello di pH attraverso l’introduzione di idrossido nell’ambiente, che raccoglie gli ioni idrogeno e li tira fuori dalla soluzione. Nel frattempo, le sostanze acide sono quelle che aumentano la concentrazione di ioni idrogeno dissociandosi e introducendo uno dei suoi atomi di idrogeno nella soluzione.
Più potente è l’acido, più velocemente si degrada e rilascia H+. Un esempio di acido forte è l’HCl, che quando si combina con l’acqua si dissocia rapidamente e completamente in ioni di cloruro e idrogeno. Al contrario, gli acidi deboli come l’aceto non si dissociano completamente. Una sostanza a base forte rilascia ioni idrossido in grado di assorbire H+ quando è in acqua, degradandosi completamente proprio come farà una sostanza acida forte. Un esempio di una base forte è l’idrossido di sodio.
Forza della scala pH
Come già detto, la scala pH aiuta a classificare varie composizioni chimiche in termini di basicità (chiamata anche alcalinità) e acidità. La sua natura logaritmica significa che per ogni aumento di un’unità di pH che si verifica, c’è un aumento di dieci volte delle concentrazioni di H+. Mentre ci sono alcune sostanze che possono cadere al di fuori della gamma di pH da 0 a 14, la maggior parte delle soluzioni cadono all’interno di questa gamma, e quindi la scala del pH è di solito rappresentata come se andasse da 0 a 14, con le sostanze basiche che sono qualsiasi valore sopra sette e le sostanze acide qualsiasi valore sotto il neutro 7.
Sostanze che si trovano alle estremità della scala del pH, sia sostanze estremamente basiche che estremamente acide possono essere abbastanza dannose per il materiale organico, facendo danni sostanziali alle cellule. Sia le sostanze estremamente basiche che quelle estremamente acide possono essere corrosive in natura, danneggiando i tessuti delle persone. Il pH della soluzione, così come la quantità di soluzione a cui si è esposti e per quanto tempo sono esposti, sono tutti fattori che determinano quanto danno farà la sostanza. Avrai notato che l’acido gastrico, l’acido dello stomaco, è una sostanza altamente acida. Come fa il tuo corpo a proteggersi da questo acido? Ci sono alcune cellule dello stomaco create appositamente per fare da barriera tra l’acido gastrico e le altre cellule del corpo, che vengono costantemente create e sacrificate.
Esempi
Alcuni esempi di soluzioni comuni e i valori di pH che possiedono sono:
- Latte – leggermente acido con un valore di pH di circa 6,5.
- Pioggia – leggermente acido con un valore di pH di circa 5,5.
- Caffè – leggermente acido con un valore di pH di circa 4.8.
- Succo di pomodoro – leggermente acido con un pH di circa 3.0
- Acido di batteria – altamente acido con un valore pH di circa 1.0.
- Sangue – leggermente basico con un ph di circa 7.3
- Acqua di mare – leggermente basico con un pH di circa 8.0.
- Baking soda – leggermente basico con un ph di circa 8.0.
- Latte di magnesia – moderatamente basico con un ph di circa 10.6
- Liscivia – Altamente basico con un ph di circa 13.5