Calcolo del pH per conoscere l’acidità e la basicità di una soluzione

pH = – log [H ₃ O ⁺ ]

Per un acido forte, come l’acido cloridrico (HCl), con una molarità di 0,02 M o mol/L, la concentrazione dello ione idronio sarà uguale a quella dell’acido, poiché è completamente ionizzato, come mostrato nella figura seguente equazione.

HCl -> H ₃ O ⁺ + Cl ^–

Pertanto, il pH può essere calcolato:

pH = – log [H ₃ O ⁺ ] = – log [0.02] = 1.69

Per un acido debole, come l’acido acetico (CH ₃ COOH) e la maggior parte degli acidi organici, la concentrazione dell’acido non corrisponde a quella degli ioni idronio perché l’acido è parzialmente dissociato, dando un equilibrio . Pertanto, è necessario conoscere sia la concentrazione dell’acido che il grado di dissociazione per conoscere il pH della soluzione.

Così, ad esempio, per un acido debole, come l’acetico, con una concentrazione di 0,02 M e un grado di dissociazione del 5%, la concentrazione di ioni idronio, e quindi il pH, può essere calcolata come segue:

pH = – log [H ₃ O ⁺ ] = – log [ C alpha ] = – log (0,02 (5/100)) = 3

Calcolo della concentrazione di ioni idronio dal pH

La concentrazione di ioni idronio può essere calcolata dal pH facendo l’operazione matematica inversa a quella usata per calcolare il pH:

pH = – log [H ₃ O ⁺ ]

[H ₃ O ⁺ ] = 10  ^–pH

Ecco perché, per un pH = 6,3; la concentrazione dello ione idronio sarebbe:

6.3 = – log [H ₃ O ⁺ ]

– 6.3 = log [H ₃ O ⁺ ]

[H ₃ O ⁺ ] = 10 ^{– 6,3} = 5.011,10 ^-7

Calcolo del pOH

Per conoscere il pOH , cioè il grado di basicità di una soluzione acquosa , è necessario conoscere la concentrazione di ioni idrossido in una soluzione base forte, oppure la concentrazione di una base debole insieme al suo grado di dissociazione. Seguendo come esempio quanto fatto con la concentrazione degli anioni idronio, per una base forte come l’idrossido di sodio (NaOH) con una concentrazione di 0,02 M si può dire che:

pOH = – log [OH ^– ]

pOH = –log [0,02] = 1,69

Il rapporto tra pOH e pH è pari a:

pH + pOH = 14

pH + 1,69 = 14

pH = 14 – 1,69 = 12,21

È anche possibile calcolare la concentrazione dello ione idrossido da un valore pOH, quindi ad esempio per un valore pOH di 2,56:

2.56 = – ceppo [OH ^– ]

– 2.56 = ceppo [OH ^– ]

[OH ^– ] = 10 ^-2.56 = 2.75.10 ^-3 M

Esempi pratici

Esempio 1 . Calcolare il pH di una soluzione la cui concentrazione di anioni idronio è [H ₃ O ⁺ ] = 1.4.10  ^-5  M.

Soluzione

pH = -log [H ₃ O ⁺ ]
pH = -log [1.4.10  ^-5 ]
pH = 4.85

Esempio 2 . Calcolare la concentrazione di [H ₃ O ⁺ ] da un pH di 8,5.

Soluzione

[H ₃ O ⁺ ] = 10  ^-pH
[H ₃ O ⁺ ] = 10  ^-8.5
[H ₃ O ⁺ ] = 3.2.10  ^-9  M

Esempio 3 . Calcola il pH di una soluzione, se la concentrazione di H ₃ O ⁺ è 0,0001 moli per litro.

Soluzione

pH = –log(0.0001) = 4

Esempio 4 . Trova il pH di una soluzione 0,03 M di acido cloridrico, HCl.

L’acido cloridrico è un acido forte che si dissocia secondo un rapporto molare 1:1 in ioni idronio e anioni cloruro. Pertanto, la concentrazione di ioni idronio è esattamente la stessa della concentrazione della soluzione acida.

Risposta

[H ₃ O ⁺ ]= 0,03 M

pH = – log (0,03)
pH = 1,5

Quando esegui calcoli per calcolare il pH, dovresti sempre verificare che le tue risposte abbiano un senso. Un acido dovrebbe avere un pH molto inferiore a 7 (di solito 1-3), mentre una base ha un valore di pH elevato (di solito intorno a 11-13). Sebbene in teoria sia possibile calcolare un pH negativo, in pratica i valori di pH devono essere compresi tra 0 e 14. Ciò significa che un pH maggiore di 14 indica che deve essersi verificato un qualche tipo di errore.

Fonti

• Calcolo_pH e pOH. (2021). Estratto il 17 marzo 2021 da https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Equilibrium/Calculating_pHandpOH.htm