Log In Iscriviti
L'app all-in-one per gli studenti
4.8 • +11K recensioni
Più di 3 milioni di downloads
Free
|
|

All-in-one learning app

  • Flashcards
  • NotesNotes
  • ExplanationsExplanations
  • Study Planner
  • Textbook solutions
Start studying

pH

Probabilmente conosci già la scala del pH dagli anni precedenti. È fatta più o meno così:

pH Scala del pH StudySmarterFigura 1. Scala del pH.

Dove collocheresti le seguenti sostanze sulla scala, se dovessi tirare a indovinare?

  • Aceto balsamico.
  • Birra.
  • Acqua di mare.
  • Sapone per le mani.

pH Esempi di pH di sostanze StudySmarterFigura 2. Esempi di pH di sostanze di uso quotidiano.

Si può notare che la scala del pH va da 0 a 14. La scala va anche oltre, ma i valori inferiori a 0 o superiori a 14 sono rari. Forse hai sentito dire che il pH è una misura dell'acidità di una sostanza. È vero, ma a questo livello di conoscenza la definizione andrà un po' oltre.

Definizione di pH

Il pH è una misura della concentrazione di ioni idrogeno di una soluzione.

In Acidi e Basi di Brønsted-Lowry abbiamo definito un acido come un donatore di protoni. I protoni non sono altro che ioni idrogeno. Più un acido è forte, più tende a donare protoni, più il suo pH è basso. Usando la scala qui sopra, possiamo vedere che l'aceto balsamico è un acido molto più forte del sapone, per esempio, dona più protoni in soluzione.

Il chimico danese Søren Peder Lauritz Sørensen del Laboratorio Carlsberg inventò la scala del pH nel 1909. Era un produttore di birra e voleva controllare attentamente l'acidità della sua birra per promuovere la crescita di lieviti sani e impedire la crescita di batteri indesiderati. Tuttavia, lavorava con concentrazioni minime di acido e i calcoli diventavano complicati. Decise quindi di registrare le sue risposte e poi prendere il negativo di quel valore per ottenere una risposta positiva.

La H in pH sta per idrogeno, ma è interessante notare che nessuno sa bene da dove derivi la p. Sebbene Sørensen fosse danese, lavorò in un laboratorio francese dominato da lavori scientifici tedeschi. Le parole "potenza" e "potenziale" iniziano con una p in tutte e tre le lingue, quindi potrebbe trattarsi di una qualsiasi di esse. Tuttavia, Sørensen potrebbe essersi semplicemente riferito alla soluzione di prova come p - da cui pH.

Possiamo rappresentare il pH con la seguente equazione:

Quindi, se conosciamo la concentrazione di ioni idrogeno in una soluzione, possiamo calcolare il pH della soluzione.

Esercitati a trovare il tasto log10 sulla tua calcolatrice. Rende molto più veloce la trascrizione delle equazioni.

Maggiore è la concentrazione di ioni idrogeno in una soluzione, minore è il pH e viceversa. Un pH inferiore a 7 è acido, mentre superiore a 7 è alcalino. Forse in passato vi è stato detto che un pH di 7 è neutro, ma in realtà la neutralità ha una definizione diversa.

Una soluzione neutra presenta concentrazioni uguali di ioni idrogeno e idrossido.

Quali sono gli acidi e le basi forti?

Come si ricorderà dall'articolo precedente, gli acidi sono donatori di protoni. In soluzione, si dissociano per formare ioni negativi e ioni idrogeno positivi. Questa dissociazione è chiamata anche ionizzazione. Si tratta di una reazione reversibile, come mostrato di seguito:

Tuttavia, alcuni acidi sono molto bravi a cedere i loro ioni idrogeno, tanto che la reazione è essenzialmente unidirezionale. Questi acidi vengono chiamati acidi forti.

Un acido forte si dissocia completamente in soluzione.

Ne deriva la seguente equazione:

Allo stesso modo, possiamo ottenere basi forti.

Una base forte è una base che si dissocia completamente in soluzione.

Se aggiungiamo una base forte all'acqua, otteniamo la seguente equazione:

Valore di pH di acidi e basi forti

Gli acidi forti hanno un pH basso perché hanno un'alta concentrazione di ioni idrogeno nella soluzione. Ne sono un esempio l'acido cloridrico (HCl), l'acido nitrico (HNO3) e l'acido solforico (H2SO4).

Le basi forti hanno una bassa concentrazione di ioni idrogeno nella soluzione. Di conseguenza, hanno un pH elevato. Ne sono un esempio tutti gli idrossidi del gruppo 1 e del gruppo 2, come l'idrossido di sodio (NaOH).

pH pH acidi e basi forti StudySmarterFigura 3. pH di acidi e basi forti.

Come troviamo il pH di acidi forti?

Ricordiamo che un acido forte si dissocia completamente in una soluzione acquosa. Prendiamo come esempio l'acido cloridrico.

Trova il pH di 0.1 moli di acido cloridrico disciolte in 0.5 L di soluzione acquosa.

Se mettiamo 0.1 moli di acido cloridrico in 0.5 L di acqua, l'acido si dissocia completamente in 0.1 moli di ioni idrogeno, H+ e 0.1 moli di ioni cloruro Cl-.

Per trovare la concentrazione, si divide il numero di moli per il volume della soluzione. Quindi, per trovare la concentrazione di ioni idrogeno in questa particolare soluzione, facciamo 0.1 mol/0.5 L= 0.2 mol L-1.

E adesso? Come possiamo trovare il valore del pH?

Torniamo alla nostra equazione originale per il pH:

Ora conosciamo la concentrazione di ioni idrogeno nella soluzione. Pertanto, possiamo sostituirla nella nostra equazione come mostrato:

Si noti che il pH è sempre indicato con due cifre decimali. Inoltre, non ha unità di misura.

Trovare [H+] dal pH

Cosa succede se si conosce il pH di un acido forte e si vuole trovare la sua concentrazione di ioni idrogeno? Possiamo riorganizzare l'equazione del pH per ottenere la concentrazione [H+]. Per prima cosa, invertiamo il segno meno:

Successivamente, prendere gli antilogici di entrambi i lati:

Ecco fatto! Per trovare la concentrazione di ioni idrogeno, basta sostituire il valore del pH nell'equazione. Ecco un esempio che ti aiuterà a capire meglio:

Il pH di una soluzione di 0.5 L di acido cloridrico è 0,75. Trovare il numero di moli di HCl nella soluzione.

Ora conosciamo il pH. Sostituiamolo nella nostra equazione:

Questo ci dà la concentrazione di ioni idrogeno nella soluzione. Ma cosa sappiamo dell'acido cloridrico? L'acido cloridrico è un acido forte e si dissocia completamente in soluzione. Pertanto, la concentrazione di acido cloridrico è anche 0.1778 . Per trovare il numero di moli di acido cloridrico disciolte nella soluzione, possiamo moltiplicare la concentrazione per il volume:

0.1778 x 0.5 = 0.089 moli

Ricorda di controllare le unità di misura dei numeri prima di eseguire i calcoli. [H+] è sempre indicato in mol L-1 , quindi assicurati di convertire anche il volume in L.

Come troviamo il pH di basi forti?

Il calcolo del pH delle basi forti è un po' più complicato di quello del pH di un acido forte: c'è un passaggio in più. Per farlo, è necessario un valore noto come Kw , anche noto come prodotto ionico dell'acqua. La sua equazione è la seguente:

Il Kw varia a seconda della temperatura. A una temperatura fissa, Kw rimane sempre uguale. Ad esempio, di solito si lavora con acidi e basi a temperatura ambiente - circa 25℃. A questa temperatura, Kw assume il valore:

1.00 x 10 -14 mol2/L2

Se conosciamo la concentrazione di ioni idrossido nella soluzione, possiamo usare Kw per trovare la concentrazione di ioni idrogeno. Possiamo quindi calcolare il pH della soluzione, come abbiamo fatto sopra.

Esempio: calcolare il pH di 0.1 mol L-1 di una soluzione di ioni idrossido NaOH.

Prova prima a rispondere alla domanda da solo. Ma se ti senti bloccato, esaminiamola insieme.

Poiché l'idrossido di sodio è una base forte, in soluzione si dissocia completamente in ioni idrossido e ioni sodio, OH- e Na+ rispettivamente, come abbiamo visto sopra. La concentrazione di ioni idrossido nella soluzione è quindi anche 0.1 mol L-1 . Possiamo utilizzare questo valore, insieme a Kw , per trovare la concentrazione di ioni idrogeno nella soluzione.

Dividi entrambi i lati per [OH-] :

Sostituisci i valori in:

Possiamo poi inserirli nella seguente equazione per il pH:

Come trovare il pH di una miscela?

Calcolare il pH di un acido o di una base ci è chiaro, ma in chimica e nella vita di tutti i giorni è più frequente incontrare miscele di acidi e basi. Queste reagiscono tra loro in reazioni di neutralizzazione. Ad esempio, se si soffre di bruciore di stomaco, si possono assumere compresse di idrossido di magnesio per neutralizzare l'eccesso di acidi gastrici. In questo esempio, alcuni ioni idrossido della base, l'idrossido di magnesio, reagiscono con gli ioni idrogeno dell'acido, l'acido cloridrico, per formare acqua. Continueranno a reagire finché uno dei reagenti non sarà consumato. Questo reagente è il reagente limitante, mentre l'altro reagente è in eccesso.

Per determinare il pH di una miscela, è necessario stabilire quale reagente è in eccesso. Si può quindi calcolare la concentrazione degli ioni idrogeno o idrossido rimasti e calcolare il pH come prima. Per aiutarvi a capire il processo, vi illustreremo un esempio.

Esempio: una miscela contiene 0.05 L di 0.100 mol L-1 H2SO4 e 0.025 L-1 di 0.150 mol L-1 di NaOH. Calcolare il pH.

Quindi possiamo calcolare il numero di moli di ioni idrogeno e di ioni idrossido presenti nella soluzione. Tuttavia, noterete che H2SO4 contiene due atomi di idrogeno per mole, il che significa che ogni mole disciolta nella soluzione produce due moli di ioni idrogeno acquosi. Quindi abbiamo moli di H+.

Facciamo la stessa cosa con NaOH.

0.025 x 0.150= 3.75 x 10-3 moli di NaOH

Ogni mole di idrossido NaOH si dissocia per produrre una sola mole di ioni idrossido, quindi abbiamo 3.75 x 10-3 moli di ioni idrossido.

Si tratta però di una reazione di neutralizzazione e quindi gli ioni idrogeno reagiscono con gli ioni idrossido, come abbiamo detto sopra. La reazione avviene in rapporto 1:1. Abbiamo meno ioni idrossido che ioni idrogeno, il che significa che alcuni ioni idrogeno non reagiranno e rimarranno nella soluzione. Per trovare questo valore, sottrarre il numero di ioni idrossido dal numero di ioni idrogeno:

Questo è il numero di ioni idrogeno rimasti nella soluzione. Possiamo ora calcolare il pH come negli esempi precedenti, prima lavorando con [H+] usando il volume totale, che è 0.05 + 0.025 = 0.075 L , e poi prendendo i log:

Questi punti chiave riassumono come si calcola il pH per gli acidi forti, le basi e le loro miscele.

Per un acido forte:

  • Calcolare le moli di H+
  • Calcolare [H+]
  • Calcolare il pH

Per una base forte:

  • Calcolare le moli di OH.
  • Calcolare [OH-]
  • Usare KW per calcolare [H+]
  • Calcolare il pH

Per una miscela:

  • Calcolare le moli di H+ e OH.
  • Calcolare le moli in eccesso di H+ e OH.
  • Calcolare [H+] o [OH-]
  • Calcolare il pH.

Come trovare il pH senza fare calcoli? Per una misurazione approssimativa possiamo usare un indicatore universale, che è una miscela di coloranti che cambiano colore a diversi livelli di pH. Per una misurazione più precisa, possiamo usare un pH-metro (piaccametro). Misura la differenza di potenziale elettrico tra una sonda di riferimento e una sonda di pH, che varia a seconda della concentrazione di ioni idrogeno nella soluzione. Questo metodo è utile per letture continue, ad esempio durante una reazione chimica.

pH - Punti chiave

  • La scala del pH misura la concentrazione di ioni idrogeno in una soluzione. L'equazione seguente fornisce il pH:
  • Un pH inferiore a 7 è acido, mentre un pH superiore a 7 è alcalino.
  • Una soluzione neutra presenta concentrazioni uguali di ioni idrogeno e idrossido.
  • Gli acidi e le basi forti si dissociano completamente in soluzione.
  • Per trovare il pH di un acido forte, di una base o di una miscela dei due, si calcola innanzitutto la concentrazione di ioni idrogeno nella soluzione. Quindi si utilizza la formula sopra riportata per trovare il pH

Domande frequenti riguardo pH

Il pH è una misura della concentrazione di ioni idrogeno di una soluzione. Possiamo calcolare il pH con la seguente equazione:

pH=-log [H+]

Maggiore è la concentrazione di ioni idrogeno in una soluzione, minore è il pH e viceversa. Un pH inferiore a 7 è acido, mentre superiore a 7 è alcalino. Forse in passato vi è stato detto che un pH di 7 è neutro, ma in realtà la neutralità ha una definizione diversa.

Il pH del sangue misura l'acidità del sangue ed è compresa tra 7, 35 e 7, 45. 

Quiz Finale pH

Domanda

0.25 L di soluzione contengono 0.04 moli di HNO3 e 0.025 moli di NaOH. Calcolare il pH della miscela.


Visualizza la risposta

Risposta

1.22

Visualizza la domanda

Domanda

Scrivere l'equazione del pH.

Visualizza la risposta

Risposta

pH = -log([H+])

Visualizza la domanda

Domanda

Scrivere l'equazione per H+ in termini di pH

Visualizza la risposta

Risposta

[H+] = 10-pH

Visualizza la domanda

Domanda

Le soluzioni acide hanno un pH di ______.

Visualizza la risposta

Risposta

Superiore a 7

Visualizza la domanda

Domanda

Le soluzioni alcaline hanno un pH _______.


Visualizza la risposta

Risposta

Superiore a 7

Visualizza la domanda

Domanda

Le sostanze neutre hanno un pH _______.


Visualizza la risposta

Risposta

Dipende

Visualizza la domanda

Domanda

Che cos'è un acido forte?


Visualizza la risposta

Risposta

Un donatore di protoni che si dissocia completamente in soluzione.

Visualizza la domanda

Domanda

Usando HX per rappresentare l'acido, scrivete un'equazione per mostrare come si comporta un acido forte in soluzione.


Visualizza la risposta

Risposta

HX H+ X-

Visualizza la domanda

Domanda

Che cos'è una base forte?

Visualizza la risposta

Risposta

Accettore di protoni che si dissocia completamente in soluzione.


Visualizza la domanda

Domanda

Scrivete un'equazione per mostrare il comportamento di una base forte in soluzione, usando M per rappresentare la base.


Visualizza la risposta

Risposta

M + H2 MH+ + OH-

Visualizza la domanda

Domanda

Quali dei seguenti sono acidi forti?


Visualizza la risposta

Risposta

Acido etanoico

Visualizza la domanda

Domanda

Quali delle seguenti sono basi forti?

Visualizza la risposta

Risposta

Idrossido di sodio

Visualizza la domanda

Domanda

Qual è il prodotto ionico dell'acqua a temperatura ambiente?

Visualizza la risposta

Risposta

1.00 x 10-14 (mol/L)2

Visualizza la domanda

Domanda

Qual è il pH di una soluzione con una concentrazione di ioni idrogeno pari a 0.06 mol L-1?


Visualizza la risposta

Risposta

1.22

Visualizza la domanda

Domanda

Qual è la concentrazione di ioni idrogeno in mol L-1 in una soluzione con pH 1,35 con tre cifre decimali?



Visualizza la risposta

Risposta

0.0447

Visualizza la domanda

Domanda

Calcolare il pH di una soluzione contenente 0,5 moli di idrossido di sodio in 0.3 L di soluzione.


Visualizza la risposta

Risposta

14.22

Visualizza la domanda

Domanda

Una soluzione contiene 0.03 L di 0.1 mol L-1 di HCl e 0.05 L di 0.06 mol L-1  di KOH. Quale reagente è in eccesso?


Visualizza la risposta

Risposta

Nessuno dei due. C'è lo stesso numero di moli di entrambi i reagenti.


Visualizza la domanda

60%

degli utenti non supera il quiz di pH! Tu lo passeresti?

INIZIA IL QUIZ

Discover the right content for your subjects

Iscriviti per sottolineare e prendere appunti. É tutto gratis.