Guida a pH e pOH
Comprendi il pH, il pOH e la scala del pH. Scopri come calcolare il pH dalla concentrazione degli ioni idrogeno, la relazione tra pH e pOH e le applicazioni pratiche in chimica.
Cos'è il pH?
Il pH è una scala logaritmica che misura l'acidità o la basicità di una soluzione acquosa. Si definisce come: pH = -log₁₀[H⁺], dove [H⁺] è la concentrazione degli ioni idrogeno in moli per litro. La scala va da 0 a 14: pH < 7 è acido, pH = 7 è neutro, pH > 7 è basico (alcalino). Poiché la scala è logaritmica, ogni unità di pH rappresenta una variazione di 10 volte nella concentrazione degli ioni idrogeno. Una soluzione con pH 3 è 10 volte più acida di una con pH 4 e 100 volte più acida di una con pH 5.
pOH e la Relazione pH + pOH = 14
Il pOH è l'analogo del pH per gli ioni idrossido: pOH = -log₁₀[OH⁻]. A 25°C, la relazione fondamentale è: pH + pOH = 14. Ciò significa che se conosci il pH, puoi immediatamente calcolare il pOH e viceversa. Questa relazione deriva dal prodotto ionico dell'acqua: Kw = [H⁺] x [OH⁻] = 1 x 10⁻¹⁴ a 25°C. Una soluzione con pH 3 ha pOH = 11, il che significa che la concentrazione di OH⁻ è molto bassa (10⁻¹¹ M).
Calcolo del pH
Per calcolare il pH da [H⁺]: pH = -log[H⁺]. Se [H⁺] = 0,001 M = 10⁻³ M, pH = -log(10⁻³) = 3. Per calcolare [H⁺] dal pH: [H⁺] = 10⁻ᵖᴴ. Se pH = 5,5, [H⁺] = 10⁻⁵·⁵ = 3,16 x 10⁻⁶ M. Per acidi forti (HCl, H₂SO₄, HNO₃), la dissociazione è completa, quindi [H⁺] = concentrazione dell'acido. Per basi forti (NaOH, KOH), calcola prima [OH⁻], poi pOH = -log[OH⁻], poi pH = 14 - pOH.
pH di Sostanze Comuni
Come riferimento: acido della batteria pH 0-1, succo di limone pH 2, aceto pH 2,5-3, succo d'arancia pH 3,5, pioggia acida pH 4-5, caffè pH 5, latte pH 6,5, acqua pura pH 7, sangue umano pH 7,35-7,45, bicarbonato di sodio pH 8,5, sapone pH 9-10, ammoniaca pH 11-12, candeggina pH 12-13, soda caustica pH 13-14. Il sangue ha un range di pH molto stretto: variazioni anche di 0,5 possono essere letali, motivo per cui il corpo ha sofisticati sistemi tampone.
Soluzioni Tampone
Una soluzione tampone resiste ai cambiamenti di pH quando vengono aggiunti acidi o basi. È composta da un acido debole e il suo sale (tampone acido) o una base debole e il suo sale (tampone basico). L'equazione di Henderson-Hasselbalch calcola il pH di un tampone: pH = pKa + log([A⁻]/[HA]), dove pKa è il logaritmo negativo della costante di dissociazione acida, [A⁻] è la concentrazione del sale e [HA] è la concentrazione dell'acido. I tamponi biologici (come il sistema bicarbonato nel sangue) mantengono il pH in range critici per la vita.