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, in questa guida vi illustreremo come calcolare il pH di una miscela di acidi. Vediamo dunque come occorre procedere.

• Tabella degli acidi
• Manuale di chimica

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.

Stabilita dunque l'opportuna differenziazione tra acidi di tipo debole e acidi di tipo forte, passiamo ad illustrare una serie di esempi pratici che possano farvi comprendere in modo esaustivo come va effettuato il calcolo del loro pH. Iniziamo dunque dal calcolo del pH di un acido debole. Ammettiamo di avere due acidi deboli di formula generale HA e HB, i quali hanno tutti e due una di concentrazione 0,1M. Ipotizziamo inoltre che le loro Ka siano le medesime. Ben si comprende come la miscela si comporta come se in soluzione vi sia presente un solo acido, come ad esempio HA che abbia una concentrazione 0,2M. La concentrazione idrogenionica si calcola dunque nel seguente modo: [H+] = sqrt (KaA * CaA + KaB * CaB).

Se si desidera invece calcolare il pH di una soluzione ottenuta unendo una soluzione di acido forte ad un'altra sempre di base forte, occorre procedere utilizzando questa strategia: dapprima bisognerà effettuare il calcolo delle moli di acido, conoscendo la sua molarità e il suo volume, secondo l'equazione moli = M·V. Si dovrà poi procedere sottraendo il numero più piccolo da quello più grande, ottenendo in questo modo le moli di H+ o le moli di OH? in eccesso. Procedete sommando il volume della soluzione di acido a quello della base, sempre considerando che i due volumi siano di tipo additivo. Per calcolare dunque la molarità di H+o di OH? si dovrà determinare il pH o il pOH. Vi ricordiamo a tal proposito che il valore di valore di pH può essere calcolato dall?equazione pH + pOH = 14.

• 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

• Alcuni esempi di calcolo del pH delle miscele di acidi

• Come calcolare la concentrazione di ioni di idrogeno
• Come misurare il PH di una soluzione