Approfondimento sul pH

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Prodotto ionico dellacqua

La premessa per poter calcolare il pH di qualsiasi soluzione è quella di sapere come si comporta lacqua e osservare la reazione che avviene al suo interno, questa può essere considerata come una reazione in cui una molecola di acqua si comporta da acido, (cedendo un protone H+) e laltra da base (accetta un protone, H+)

H2 O  +  H2 O   ↔  OH – +  H 3 O+

O come una dissociazione:H2 O  ↔ H+ + OH- 

Ora scriviamo la K di equilibrio:

                                                    [ H+ ]  ∙  [OH- ]

_________________  =   K

                                                          [H2 O]         

 

Possiamo considerare il fatto che la concentrazione dellacqua indissociata è uguale a quella dellacqua pura totale dato che le molecole dissociate in ioni sono pochissime, di conseguenza la concentrazione dellacqua è sempre costante(55,56mol/L) per scoprire la concentrazione di H e OH facciamo :

 

[ H+ ]  ∙  [OH- ]  =  [H2 O]  ∙  K      

 

Portiamo quindi  [H2 O] al secondo membro

[H2 O] ∙ K è a sua volta una costante perché prodotto di due costanti la chiameremo Kw : prodotto ionico dellacqua

Kw vale 10-14  mol/L

 

[ H+ ]  ∙  [OH- ]  =  Kw

 

La concentrazione di ioni  H+  e OH-  nellacqua è uguale a  Kw

Questo prodotto è uguale per lacqua pura come per le altre soluzioni acquose.

Nel caso dellacqua pura per ogni ione H+  si forma uno ione OH-  di conseguenza la loro concentrazione sarà uguale. Se il loro prodotto è 10-14   la concentrazione di ognuno sarà di 10-7   

 

Variazione della concentrazione di H e OH in diversi tipi di soluzioni

·        Le soluzioni che in acqua non danno origine a ioni H o OH (non sono né acidi né basi) sono sostanze neutre, la concentrazione di H e OH rimane invariata rispetto a quella dellacqua pura

·        Nelle soluzioni acide la dissociazione dellacido forma molti più ioni H, la loro concentrazione è maggiore che nellacqua pura mentre quella degli ioni OH diminuisce a causa del prodotto che deve rimanere costante

·        Nelle soluzioni basiche avviene lopposto, a dissociazione crea molti più ioni OH e diminuisce la concentrazione degli ioni H

 

Definizione di pH

È opportuno stabilire una scala per calcolare immediatamente il diversi gradi di acidità e basicità di una soluzione acquosa dato che è scomodo considerare le concentrazioni moltiplicate per le diverse potenze di dieci, consideriamo così gli esponenti del dieci che variano in modo più limitato

Il pH viene quindi definito come lopposto del logaritmo decimale della concentrazione di ioni H+ 

Le soluzioni con un valore del pH minore a 7 sono considerate acide perché i protoni  H+  hanno una concentrazione moltiplicata per dieci, i cui esponenti variano da 0 a -7, quindi hanno una concentrazione relativamente alta.

Le soluzioni con un pH superiore a  7 sono basiche perché la concentrazione di H+  è moltiplicata per dieci, con esponenti che variano da -7 a -14.

Si puo anche considerare il pOH che invece è il logaritmo decimale negativo della concentrazione di ioni oh-

pOH + pH = 14 è un valore costante: in ogni concentrazione il pH + il pOH vale 14

 

Calcolare il pH della soluzione di un acido forte

Dato che un acido forte è completamente dissociato in ioni potremo risalire alla concentrazione degli ioni H+ calcolando la concentrazione dellacido iniziale.

Da ogni molecola di acido che si dissocia in ioni infatti otterremo tanti ioni H+ quanti sono inizialmente in ogni molecola.

Per calcolare quindi la concentrazione degli ioni H+ basterà calcolare la normalità cioè il numero degli ioni H+ buttati fuori da ogni molecola dissociata, la normalità è uguale alla molarità dellacido moltiplicata per il numero di atomi H che ci sono in una molecola.

Dopo si dovrà scrivere la concentrazione di ioni come una potenza di dieci e a questo punto di calcola il pH facendo il logaritmo negativo di 10

 

Calcolare il pH della soluzione di una base forte

In questo caso si calcola la concentrazione degli ioni OH invece che H il procedimento comunque è lo stesso, sapendo la concentrazione degli ioni OH si può arrivare alla concentrazione degli ioni H con lequazione del prodotto ionico oppure si può calcolare il pOH e poi considerare che pH+ pOH fa 14 e togliere al valore di 14 il pOH arrivando a calcolare così il valore del pH.

 

Che cosa sono gli indicatori.

Gli indicatori sono composti chimici di natura organica che assumono colore diverso a seconda che vengano a contatto con un acido o con una base : servono quindi ad indicare se una soluzione è acida o basica. il colorante estratto dalle foglie di tè è appunto un indicatore,infatti quando si aggiunge del limone al tè questultimo diventa di colore più chiaro a causa dellaggiunta della sostanza acida, si può riportare il tè al colore scuro originario aggiungendo un po di bicarbonato di sodio che è un composto basico e annulla leffetto del limone.

 

 

Il comportamento degli indicatori

Gli indicatori sono acidi deboli o basi deboli, in genere organici (le molecole degli acidi e delle basi deboli non si dissociano in ioni). Consideriamo il caso in cui lindicatore sia un acido debole. Nello studiarne il comportamento come indicatore ci interessano le sue caratteristiche di acido, cioè la sua capacità di dissociarsi in ioni, mentre non ci interessano la sua natura o struttura del resto della molecola. Per questo denotiamo genericamente lindicatore con la formula HIn, dove H segnala la sua natura di acido, cioè la presenza di un atomo di idrogeno che può separarsi come ione H+ e In rappresenta linsieme di tutti gli altri atomi della molecola.

In soluzione acquosa lindicatore si dissocia in ioni secondo lequilibrio :

HIn   ↔  H+   +   In-    

Le specie HIn e   In-     interagiscono con la luce e, quindi, determinano il colore diverso della soluzione: questa è la proprietà su cui si basa luso degli indicatori .

·        In una soluzione acida la concentrazione di ioni  H+ è elevata. Di conseguenza secondo il principio di Le Chateleir lequilibrio dellindicatore è spostato verso sinistra. Possiamo dire che le molecole dellindicatore sono praticamente tutte indissociate, predomina quindi il colore determinato da HIn e questo è il colore che viene assunto dalla soluzione acida nella quale sia stato messo lindicatore (rosso).

·        In una soluzione basica la concentrazione di ioni OH – è elevata, quella degli ioni   H+   è molto bassa. Le molecole di HIn si dissociano in ioni  In-  e ioni  H+ ; questi ultimi reagiscono con gli ioni  OH –  presenti nella soluzione per dare molecole di acqua, quindi vengono sottratti allequilibrio. Ciò fa sì che lequilibrio dellindicatore sia spostato verso destra, predomina quindi il colore determinato dalla specie  In- e questo è il colore che viene assunto dalla soluzione basica nella quale sia stato messo lindicatore (blu).

 

Il valore del pH per il quale avviene il cambiamento di colore si chiama pH di viraggio, o punto di viraggio.

 

Indicatori universali

Un esempio di indicatore universale è la cartina tornasole, che è un insieme di più indicatori ed è in grado di cambiare colore visibilmente a seconda del grado di ph della soluzione. In laboratorio per determinare velocemente il ph di una soluzione si usa una scala di colori con cui si può visibilmente ricondurre il colore dellindicatore a un preciso grado di ph

 

Tabella con i più comuni indicatori

Nella tabella presente sono riportati i nomi dei più comuni indicatori: il valore di PH per il quale avviene il cambiamento di colore; il colore della soluzione per valori di PH inferiori o superiori a quelli di viraggio.

 

Indicatore
Valore di ph per il quale lindicatore cambia colore (ph di viraggio)
Colore dellindicatore per valori di ph inferiori a quello di viraggio
Colore dellindicatore per valori di ph superiori a quello di viraggio
violetto di metile
2
giallo
blu-violetto
metilarancio
4
rosso
giallo
rosso di metile
5
rosso
giallo
tornasole
7
rosso
blu
blu di bromotimolo
7
giallo
blu
fenolftaleina
9
incolore
rosso
giallo di alizarina
11
giallo
rosso

 

Come realizzare un indicatore domestico

Prendi un cavolo rosso e taglialo a metà, fallo bollire in acqua, mescola bene e lascialo a bagno per circa 15 minuti. Versa poi lacqua attraverso un setaccio. Questacqua di colore viola-blu è il tuo indicatore : infatti se aggiungi una base come il bicarbonato di sodio, il liquido dovrebbe schiarirsi e diventare blu-verde ; se aggiungi un acido, come il succo di limone, dovrebbe diventare rossastro o rosa.

Samuele Gaudio

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