Come calcolare la concentrazione di ioni di idrogeno

La chimica è una materia scolastiche ritenuta da tanti studenti veramente affascinante. La parte meno divertente riguarda la teoria, con le sue numerose formule e le proprie nozioni piuttosto complesse. L'interesse per la chimica aumenta notevolmente quando invece bisogna fare degli esperimenti di laboratorio. Alcuni di questi risultano molto spassosi, in quanto producono degli effetti meravigliosi da osservare. Ritornando ai concetti teorici che vengono spiegati durante le lezioni di chimica, piuttosto interessante è la concentrazione degli ioni di idrogeno. Lo ione rappresenta un atomo o insieme di atomi che ingerisce almeno una carica elettrica tramite la perdita (catione) o l'assunzione (anione) di minimo un elettrone. L'idrogeno (H) è il gas naturale inodore e senza colore più diffuso nell'Universo e contenuto nell'acqua. All'interno del presente tutorial sulla chimica vediamo pertanto come calcolare la concentrazione di ioni di idrogeno (pH). La spiegazione risulterà elementare qualora si abbiano conoscenze approfondite di tale materia scolastica. In caso opposto viene quindi suggerito di leggere un qualsiasi manuale di chimica, anche breve. Dopodiché si potranno finalmente leggere i quattro passaggi successivi ed apprendere le delucidazioni riguardo la procedura di calcolo. Buona lettura!

• Manuale di chimica

Innanzitutto bisogna sapere che la concentrazione di ioni di idrogeno in una determinata soluzione è il risultato del supplemento di un acido. Gli acidi forti danno una maggiore concentrazione di ioni di idrogeno rispetto agli acidi deboli. Risulta possibile calcolare la concentrazione risultante degli ioni di idrogeno mediante la conoscenza tanto del pH quanto della forza dell'acido nella soluzione analizzata. La determinazione della concentrazione di ioni di idrogeno è comunque più facile quando si conosce il pH della soluzione. Per eseguire il calcolo giusto risultando noto il pH, bisogna elevare quest'ultimo alla potenza negativa di -10. Ipotizzando ad esempio che la soluzione abbia un pH = 6,5, la concentrazione degli ioni di idrogeno sarebbe 1 * 10^-6,5 = 3,16 * 10^-7.

Secondo gli scienziati, il pH viene definito come una scorciatoia logaritmica per la determinazione riguardante la concentrazione degli ioni di idrogeno. Questo vuol dire che il pH è uguale al logaritmo negativo della concentrazione di ioni di idrogeno. Qualora il pH della soluzione analizzata non dovesse risultare conosciuto, il calcolo diventa più complicato. Precisamente occorre convertire i grammi in moli, se necessario, adoperando la massa molare dell'acido. Per effettuare tale lavoro, risulta opportuna una buona conoscenza sulle conversioni fra le unità di misura. Ricercare innanzitutto la concentrazione molare dell'acido, calcolando le moli suddivise dai litri. Ad esempio, 0,15 moli di acido in 100 ml sono uguali a 0,15 / 0,100, ovvero pari ad una soluzione 1,5 moli.

Quando si ha un acido forte in una soluzione, avviene un processo di ionizzazione. In questa fase si utilizzano sia la concentrazione iniziale dell'acido che quella degli ioni di idrogeno. In questo caso l'acido si ionizza dalla prima all'ultima molecola. Alcuni esempi di acido forte sono l'acido cloridrico HCl, quello bromidirico HBr e lo iodidrico HI. Si hanno poi l'acido solforico H2SO4, l'acido nitrico HNO3 e quello perclorico HClO4. Per ottenere la concentrazione di ioni di idrogeno per quanto riguarda un acido debole, si ricorre alla costante di dissociazione dell'acido e ad un calcolatore. A tal proposito, torna utile l'equazione Ka = ([H +] * [A-]) / [HA]. Qui il parametro [HA] sta ad indicare la concentrazione dell'acido in equilibrio. [H +] è la concentrazione di ioni di idrogeno, mentre [A-] è quella della base coniugata (o anione). Quest'ultima risulterà pari a [H +]. Infine, Ka è la costante di dissociazione dell'acido.

Per calcolare la concentrazione di ioni di idrogeno bisogna collegare il valore noto per la Ka. Di conseguenza l'equazione risultante sarà Ka = x ^ 2 / [HA]. Nel momento in cui l'acido subisce un processo di ionizzazione, la concentrazione molare di ogni ione in equilibrio equivale alla quantità mancante dall'acido di partenza. Ecco perché l'equazione da indicare sarà Ka = x ^ 2 / (concentrazione originale). A questo punto bisogna tramutarla in equazione di secondo grado. Si otterrà quindi X ^ 2 + Ka x - (concentrazione originale * Ka) = 0. Ora manca il valore finale di x. Per ricavarlo si utilizza la formula quadratica. Grazie ad essa si calcolerà correttamente la concentrazione di ioni di idrogeno. Una volta portato a termine il calcolo, è necessaria una verifica. Si consiglia di controllare che non vi siano errori nelle equazioni, altrimenti la procedura va ripetuta. In genere basta svolgere ogni singolo passaggio con estrema attenzione, senza avere fretta di giungere al risultato finale. Per sicurezza, è preferibile annotare tutti i valori su un foglio.

• Approfondire ulteriormente il tema, consultando un libro dettagliato o le guide reperibile sul web.

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• Esercizi sul calcolo del pH | UNI ROMA 2
• Come calcolare il pH | WIKI HOW
• Il pH delle soluzioni acquose | BISCEGLIA
• Un calcolo di pH di una semicella a idrogeno | ZANICHELLI

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