Molte persone sanno che il pH ha a che fare con gli acidi o le basi e che è importante per cose come la qualità dell’acqua, la produzione di cibo, la vita acquatica e le piante, ma non molti capiscono veramente cosa significa.

In termini più semplici, un valore di pH indica quanto è acida o basica l’acqua. Un pH di 7 indica una soluzione neutra, un pH maggiore di 7 indica una soluzione basica e un pH inferiore a 7 indica una soluzione acida. Più un valore di pH è lontano da 7, più è fortemente acido o basico. Per esempio, l’acqua con un pH di 6 è leggermente acida, e l’acqua con un pH di 3 è altamente acida.

Se sei soddisfatto di questa risposta, puoi smettere di leggere qui. Ma se vuoi sapere cosa significa veramente il pH, continua a leggere…

Quindi cosa significa veramente il pH?

La ‘H’ in pH è il simbolo elementare dell’idrogeno. La ‘p’ può riferirsi a cose diverse in lingue diverse, ma il ‘pH’ è più comunemente detto per significare ‘potenza dell’idrogeno’. Quindi cosa significa?

L’idrogeno a cui si fa riferimento nel simbolo del pH è in realtà lo ione idrogeno, che si scrive come H+. Un atomo di idrogeno ha un protone (che ha una carica positiva) e un elettrone (che ha una carica negativa). Lo ione idrogeno è un atomo di idrogeno che ha ceduto il suo elettrone. Poiché non c’è più la carica negativa dell’elettrone per bilanciare la carica positiva del protone, H+ ha una carica positiva netta (da cui il ‘+’ nel simbolo).

Nota tecnica: A volte lo ione idrogeno è scritto come ione idronio (H3O+).

La presenza di H+ è ciò che rende l’acqua acida. Un acido è un composto che contribuisce H+ all’acqua, direttamente o indirettamente. Per esempio, l’acido cloridrico (HCl) si dissocia in ioni idrogeno (H+) e cloruro (Cl-) in acqua, ed è l’H+ che contribuisce all’acidità dell’acqua. Più alta è la concentrazione di H+, più l’acqua è acida.

HCl ® H+ + Cl-

La concentrazione di H+ può essere espressa in termini di moli per litro d’acqua (una mole è 6,022×1023 oggetti, noto anche come numero di Avogadro). Il valore del pH riflette la concentrazione di H+ come segue:

(concentrazione di H+ in mol/L) = 10-pH

Per esempio, a pH 6, la concentrazione di H+ è 10-6 o 0,000001 mol/L. A pH 3, la concentrazione è 10-3 o 0,001 mol/L.

Nota tecnica: i chimici professionisti possono usare definizioni leggermente diverse di pH che tengono conto del comportamento non ideale dello ione idrogeno o che usano unità di concentrazione diverse (come le moli per kg di acqua), ma la relazione di cui sopra spiega il significato di pH abbastanza bene per molte persone.

Che dire delle soluzioni neutre e basiche?

Le molecole di acqua si scindono in due ioni, lo ione idrogeno (H+) e lo ione idrossile (OH-):

H2O = H+ + OH-

Questa reazione è reversibile, così che H+ e OH- possono ricombinarsi per formare molecole di acqua. In qualsiasi momento, le concentrazioni di H+ e OH- sono molto piccole rispetto alla quantità di molecole d’acqua.

Succede che a pH 7, le concentrazioni di H+ e OH- sono uguali. Questo è il motivo per cui il pH 7 è considerato il pH neutro. Sotto il pH 7, la concentrazione di H+ è maggiore della concentrazione di OH-, rendendo l’acqua acida. Sopra pH 7, la concentrazione di OH- è più grande della concentrazione di H+, rendendo l’acqua basica.

A pH elevato, la concentrazione di H+ è molto piccola. Per esempio, a pH 11, la concentrazione di H+ è 10-11 o 0,00000000001 mol/L. La concentrazione di OH-, tuttavia, è corrispondentemente più alta. La concentrazione di OH- può essere espressa come segue:

(concentrazione di OH- in mol/L) = 10pH-14

A pH 11, la concentrazione di OH- è 1011-14 (10-3) o 0,001 mol/L, che è la stessa della concentrazione di H+ a pH 3.

La scala del pH: la potenza dell’idrogeno

La scala del pH è una scala logaritmica dove una differenza di una unità di pH rappresenta una differenza di potenza di dieci nella concentrazione di H+. Per esempio, la concentrazione di H+ a pH 5 è dieci volte più alta che a pH 6, 100 volte più alta che a pH 7, e 1000 volte più alta che a pH 8. Poiché ogni unità di pH rappresenta una potenza di dieci differenze nella concentrazione di H+, il valore di pH rappresenta la “potenza dell’idrogeno”. Infatti, il pH è più spesso definito come il logaritmo negativo della concentrazione di H+:

pH = -log10

Lo stesso modello generale si applica a OH-. La concentrazione di OH- a pH 8 è dieci volte più alta che a pH 7, 100 volte più alta che a pH 6, e così via.

pH	concentrazione di H+, mol/L	concentrazione di OH-, mol/L
		1×10-14
		1×10-13
		1×10-12
		1×10-11
		1×10-10
		1×10-9
		1×10-8
	1×10-7	1×10-7
	1×10-8
	1×10-9
	1×10-10
	1×10-11
	1×10-12
	1×10-13
	1×10-14

Un errore comune è che la scala del pH inizia a zero e finisce a 14. In realtà, sono possibili valori di pH negativi e valori di pH maggiori di 14. Per esempio, gli acidi concentrati comuni nei laboratori e nell’industria hanno valori di pH negativi. Anche nell’ambiente, valori di pH fino a -3,6 sono stati osservati in situazioni estreme.