Come calcolare il pH di una miscela di acidi

In chimica, il pH è l'unità di misura che consente di determinare il grado di acidità, o basicità, delle soluzioni acquose. Si tratta di una grandezza, espressa matematicamente come logaritmo decimale negativo, che indica il livello di concentrazione degli ioni idrogeno all'interno di una soluzione: pH = - log [H+]. La scala di misurazione del pH va dallo 0 al 14, indici che vanno intesi come i valori da attribuire all'attività idrogenionica della soluzione. Se il valore corrisponde al 7, significa che il pH della soluzione è neutro; se è inferiore a 7, vuol dire che il pH è acido; se è maggiore di 7, il pH è basico; invece un pH fisiologico, deve risultare esattamente pari a 5,5. Posta tale premessa, vediamo come calcolare il pH di una miscela di acidi.

• Conoscenza base delle formule chimiche e del calcolo tramite logaritmi

Per poter calcolare il pH di una miscela di acidi, prima di tutto bisogna conoscere la distinzione tra le varie tipologie di acido: infatti esistono generalmente acidi forti, e acidi deboli. Il ruolo del pH, è quello di essere indice (tramite funzione algoritmica) della forza di un acido, e conseguentemente della sua concentrazione in un liquido. La caratteristica che principalmente distingue acidi forti, da acidi deboli, è la reazione degli ioni di idrogeno all'interno della soluzione acquosa: un acido forte tende a dissociarsi costantemente all'interno dell'acqua, avendo un valore di dissociazione (Ka) superiore a 1, valore altissimo in chimica; invece un acido debole, è una sostanza che una volta disciolta in acqua si dissocia solo parzialmente, non rilasciando tutti i suoi atomi di idrogeno.

Prima di imparare a calcolare il pH di una miscela di acidi, bisogna necessariamente sapere come si ottiene il pH di un acido. Per calcolare il pH di un acido forte, che se disciolto in acqua si disgrega del tutto, basta conoscere la concentrazione dell'acido. Infatti il valore [H+] sarà uguale a quello della concentrazione dell'acido. Il calcolo ipotetico di un acido forte, dovrebbe avere questa struttura: pH = - log [H+] = - log (concentrazione dell'acido esposta in negativo) = 1. Mentre per calcolare il pH di un acido debole, che non si dissocia del tutto, bisogna tenere conto che la concentrazione dell'acido non corrisponderà a quella degli ioni di idrogeno. Perciò entra in gioco la costante di dissociazione acida (ka), vista nel passaggio precedente. Questa è ottenibile moltiplicando gli elementi dissociati dell'acido, e dividendo il risultato per la formula non dissociata dell'acido in questione. Ad esempio se l'acido è HA, la formula sarà: Ka = [H+] [A-] fratto [HA]. E il calcolo del pH sarà: pH = - log (Ka [HA] tutto sotto radice quadrata). Se la costante di dissociazione equivale a quella di equilibrio, allora la soluzione risulta indissociata, e dal pH l'acido risulterà debole.

A questo punto, calcolare una miscela di acidi diventa molto più semplice, anche se senza nozioni di base si potrebbero avere non poche difficoltà, perciò avere a portata di mano un libro di chimica può essere più che utile. Le miscele di acidi si distinguono in: miscele di acidi forti, miscele di acidi deboli, e miscele di acidi forti e deboli. Nelle miscele di acidi forti, il valore di concentrazione degli ioni di idrogeno non è altro che la somma delle concentrazioni degli acidi di cui la miscela è composta, quindi si fa la somma e poi si procede con l'algoritmo per il calcolo del pH degli acidi forti (visto nel passaggio precedente). Nelle miscele di acidi deboli, il valore di concentrazione degli ioni, da porre nell'algoritmo usato prima per gli acidi deboli, è in prevalenza quello del più forte tra gli acidi presenti nella miscela. In questo caso quindi a fare la differenza è il calcolo dell'equilibrio, in cui quello conseguente alla stima della dissociazione dell'acido meno debole, sarà il fattore predominante per ottenere il Ph della miscela. Infine, nelle miscele di acidi forti e deboli, presenti in pari concentrazione, per calcolare il valore di concentrazione degli ioni di idrogeno, sarà totalmente inconsistente, non venendo neppure considerato nella somma. Quindi il calcolo del pH dipenderà totalmente dall'acido forte.

• Alcuni espedienti possono agevolare il calcolo del pH di una sostanza, come ad esempio le "soluzioni tampone", o le cartine indicatrici di pH, tutti strumenti facilmente reperibili in commercio.

• Ecco alcuni esempi di calcolo del pH delle miscele di acidi, che renderanno queste nozioni teoriche più comprensibili.

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