Calcolo pH e pOH: da concentrazione e viceversa

Che cosa misura il pH

Il pH è il logaritmo negativo in base dieci della concentrazione di ioni idrogeno: pH = −log[H⁺]. La scala logaritmica esiste perché le concentrazioni in gioco coprono quattordici ordini di grandezza, da circa 1 mol/L negli acidi concentrati a 10⁻¹⁴ nelle basi forti, e scriverle per esteso sarebbe impraticabile. La conseguenza è che ogni unità di pH corrisponde a un fattore dieci: una soluzione a pH 3 è dieci volte più acida di una a pH 4 e cento volte più di una a pH 5.

L'acqua pura si dissocia in minima parte, e a 25 °C il prodotto delle concentrazioni dei due ioni vale sempre 10⁻¹⁴. Da qui discende tutto il resto: se [H⁺] cresce, [OH⁻] deve calare in proporzione, e la somma pH + pOH resta 14. Il neutro sta a 7 perché è il punto in cui le due concentrazioni si equivalgono, entrambe a 10⁻⁷ mol/L.

Il valore 7 come neutro vale però solo a 25 °C. Il prodotto ionico dell'acqua aumenta con la temperatura, e a 50 °C l'acqua pura ha pH 6,63 pur restando perfettamente neutra: ha ancora la stessa concentrazione di H⁺ e OH⁻. È il motivo per cui un dato di pH senza la temperatura è incompleto, anche se nella pratica scolastica si sottintende sempre 25 °C.

Errori frequenti

Trattare la scala come lineare: fra pH 2 e pH 5 non c'è un fattore 2,5 ma un fattore mille. È l'errore che porta a sottovalutare la differenza fra due soluzioni.
Applicare la formula dell'acido forte a un acido debole: l'acido acetico 0,1 M non ha pH 1, perché si dissocia solo in minima parte. Per gli acidi deboli serve la costante di dissociazione Ka.
Dimenticare che negli acidi biprotici la concentrazione di H⁺ non coincide con quella dell'acido: l'acido solforico ne libera due per molecola.

Domande frequenti

Come si calcola il pH da una concentrazione?

pH = −log₁₀[H⁺]. Una soluzione con 0,001 mol/L di ioni H⁺ ha pH 3. Nella direzione opposta si usa [H⁺] = 10⁻ᵖᴴ.

Perché pH + pOH fa sempre 14?

Perché a 25 °C il prodotto ionico dell'acqua vale [H⁺]·[OH⁻] = 10⁻¹⁴. Applicando il logaritmo negativo a entrambi i membri, la somma dei due valori è 14. A temperature diverse la costante cambia e la somma non è più esattamente 14.

Come si calcola il pH di un acido forte?

Un acido forte monoprotico è completamente dissociato, quindi la concentrazione di H⁺ coincide con quella dell'acido: il pH è il logaritmo negativo di quella concentrazione. HCl 0,01 M ha pH 2.

Il pH può essere negativo o maggiore di 14?

Sì, per soluzioni molto concentrate, anche se è un caso raro fuori dal laboratorio. Un acido cloridrico 2 M ha pH circa −0,3. In quel campo però le formule basate sulle concentrazioni perdono precisione e bisognerebbe usare le attività.

Come funziona questo calcolo

Definizioni: pH = −log₁₀[H⁺] e pOH = −log₁₀[OH⁻], con le concentrazioni in mol/L. Inverse: [H⁺] = 10⁻ᵖᴴ e [OH⁻] = 10⁻ᵖᴼᴴ. Prodotto ionico dell'acqua a 25 °C: Kw = [H⁺]·[OH⁻] = 1,0·10⁻¹⁴, da cui pH + pOH = 14. Acido forte monoprotico di concentrazione C: [H⁺] = C, quindi pH = −log C. Base forte monobasica: [OH⁻] = C, quindi pOH = −log C e pH = 14 + log C. Classificazione a 25 °C: pH < 7 acida, pH = 7 neutra, pH > 7 basica.

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