In questo documento diamo per scontanto che il lettore sappia la definizione di acidi e basi e la definizione di pH. Ci limiteremo a fornire un metodo per la risoluzione di esercizi, spesso argomento di compiti e di test per l'accesso all'università.
Calcolo del pH di acidi forti: ricordiamo innanzitutto che per acido forte si intende un acido capace di dissociarsi completamente. Gli acidi forti più comuni sono sei: acido cloridrico (HCl), acido perclorico (HClO4), acido solforico in prima dissociazione (H2SO4), acido nitrico (HNO3), acido iodidrico (HI) e acido bromidrico (HBr). Abbiamo detto che gli acidi forti si dissociano completamente, quindi da una mole di acido otteniamo una mole di H3O+. Il calcolo del pH diventa estremamente semplice, perché basta calcolare la molarità della soluzione di acido, laddovè non ci è fornita dal testo, fare il logaritmo di quest'ultima e cambiarlo di segno. Questo solo ed esclusivamente perché le moli di acido sono uguali alle moli di H3O+ e quindi sapendo la molarità iniziale dell'acido sappiamo anche la molarità finale degli H3O+. Notiamo che le loro basi cogniugate, visto che l'acido è forte, hanno delle Kb decisamente basse. Questo sarà importante in seguito. Prima di passare oltre, vediamo un esempio.
Calcolare il pH di una soluzione ottenuta sciogliendo 2 g di HCl puro in 0,5L di acqua.
Scriviamo la reazione: HCl + H2O --> H3O+ + Cl-
Calcoliamo le moli di acido: n=m/MM = 2/36,46 = 0,05 mol
Calcoliamo la molarità iniziale dell'acido = M=n/V=0,05/0,5 = 0,11 M
Calcoliamo il pH:-Log[H3O+]=-Log (0,11)= 0,96
Calcolo del pH di basi forti: una base forte è una base che in acqua è completamente dissociata. Le principali basi forti sono: idrossido di sodio (NaOH), idrossido di potassio (KOH), idrossido di bario (Ba(OH)2), idrossido di calcio (Ca(OH)2, idrossido di magnesio (Mg(OH)2). La situazione è analoga agli acidi forti, solamente che applicando la procedura precedente di trova il pOH e non direttamente il pH. Questo non è comunque un problema perché sappiamo che la somma del pH e del pOH di una soluzione è sempre 14. L'unica cosa a cui bisogna stare attenti sono i coefficienti stechiometrici. Qui in alcuni casi da una mole di base otteniamo 2 moli di ione ossidrile !! Vediamo subito un semplice esempio:
Calcolare il pH di una soluzione 0,1 M di idrossido di calcio.
Scriviamo la reazione: Ca(OH)2 --> Ca2+ + 2OH-
Calcoliamo la molarità degli OH-: [OH-]=2[Ca(OH)2]iniziale = 2 x 0,1 = 0,2 M
Calcoliamo il pOH: pOH=-Log[OH.]=-Log0,2= 0,7
Calcoliamo il pH: pH=14-pOH=14-0,7=13,3
Nota: fate attenzione alla concentrazione dell'acido o della base, perché se è troppo bassa bisogna considerare anche gli H3O+ e gli OH- provenienti dall'autoprotonazione dell'acqua. Altrimenti si rischia di affermare che il pH di una soluzione di HCl 10-8 M è 8 !!