Acidi e Basi forti: quali sono e come calcolare il pH

Acidi e Basi forti, significato

Attualmente per definire acidi e basi non si ricorre più alla teoria di Arrhenius ma a quella di Bronsted e Lowry. Essa enuncia che   un acido è una sostanza che cede ioni H⁺ a una base. Di conseguenza  una base è una sostanza che riceve ioni H⁺. Quindi nessun composto è acido o base da solo ma lo diventa in rapporto alla sua controparte. 

La forza di acidi e basi invece è legata alla loro costante di equilibrio o per meglio dire alla loro dissociazione. Le sostanze acide definite forti cedono idrogeni all’acqua in maniera completa, le basi forti le acquistano. 

Le costanti accennate sono la Ka (costante acida) e la Kb (costante basica). Entrambe illustrano l’equilibrio della dissociazione ionica che influenza il pH di una soluzione. Minore è la Ka minore sarà il numero di idrogeni liberato e minore sarà la forza dell’acido. Per un acido forte il suo valore invece risulta molto elevato.

La costante basica Kb è analoga alla Ka. Essa si riferisce però alla dissociazione che libera ioni OH-, che legando gli H⁺  ne diminuiscono la concentrazione nella soluzione. 

Esiste anche un trucco numerico per individuare a prima vista acidi e basi forti e distinguerli da quelli deboli. Facendo la differenza fra atomi di ossigeno e idrogeno nella molecola si ottengono due possibili risultati. Se la differenza è pari a uno allora l’acido è debole, diversamente è forte. 

Calcolo del pH delle sostanze 

Per gli acidi forti di tipo monoprotico (con un solo atomo di idrogeno) la concentrazione della sostanza Ca è assimilabile a quella dei protoni poiché si dissocia completamente. In formula Ca = [H⁺]. Per trovare il pH che ne sarebbe il logaritmo negativo in base 10 basterebbe quindi applicare -log(Ca).

Per le basi forti monoprotiche valgono formule analoghe con un semplice passaggio ulteriore. La concentrazione della base (Cb) equivale alla concentrazione di OH- ossia [OH-]. Dalla concentrazione di OH- si ricava il pOH, con la formula -log(Cb). Per trovare il pH bisogna tenere a mente che per definizione pOH + pH = 14. Con la formula inversa 14-pOH = pH risolvo subito. 

Queste formule restano valide finché l’acido o la base forte non è presente in concentrazione bassa. La soglia fissata si aggira intorno a 10^-5, se la concentrazione minore il discorso cambia. In quel caso bisogna considerare la diluizione e procedere come si farebbe per sostanze acide e basiche deboli. 

Acidi forti più conosciuti e utilizzati 

Gli acidi forti sono noti sia per tristi casi di cronaca sia per le loro applicazioni in lavorazioni quali estrazione di minerali o pulizia dei metalli. Ecco di seguito alcuni dei più rinomati.

•  Acido iodidrico, HI. Si tratta di un idracido che si presenta in forma gassosa, incolore e dall’odore pungente e irritante. Solubile in acqua, se la sua soluzione viene esposta all’aria aperta assume una colorazione giallastra per effetto dell’ossigeno. Fra gli idracidi è considerato il più stabile nelle reazioni. Se molto concentrato è in grado di sciogliere l’argento 

• Acido cloridrico, o HCl. Anch’esso di presenta come un gas incolore dall’odore pungente, tossico se respirato. Nelle soluzioni che presentano concentrazione di HCl al 10% viene chiamato anche acido muriatico. Tra gli acidi forti è il più noto perché è presente anche nello stomaco dei mammiferi (anche degli umani) e agisce durante la digestione. Si libera anche in seguito a eruzioni vulcaniche.

• H₂SO₄, acido solforico. Questo acido ternario si presenta come un liquido oleoso a temperatura ambiente, incolore e inodore. Quando è in concentrazione superiore al 90% ci si riferisce alla sostanza come al vetriolo. Si tratta di uno dei prodotti basilari dell’industria chimica, per la produzione di fertilizzanti, coloranti, detergenti ed esplosivi. Ha un ruolo anche nella raffinazione del petrolio. 

• Acido perclorico, HClO4. Acido ternario molto forte, appare come un liquido denso e incolore. Al contatto con i solventi può provocare esplosioni e la sua stessa sintesi è una reazione da monitorare accuratamente. Risulta utile nella preparazione di propellente per i razzi e per alcune miscele pirotecniche.

Basi forti, le principali e più note 

•  NaOH, idrossido di sodio. Ricorrente negli esercizi di chimica e nei test, è più conosciuto con la denominazione comune di soda caustica. A temperatura ambiente è solido e si vende sotto l’aspetto di “perle” biancastre. Ha un forte carattere igroscopico (assorbe l’umidità) quindi va conservato in contenitori ben sigillati. Si usa per produrre detergenti e saponi.

• KOH, idrossido di potassio. Come la soda caustica è un composto solido, incolore e inodore oltre che fortemente nocivo e corrosivo. Il suo impiego è notevole per le batterie alcaline come elettrolita, anti-schiumogeno per la lavorazione della carta e come regolatore di pH in diverse reazioni. In biologia è un noto nematocida (per eliminare i parassiti noti come nematodi, che vivono nel terreno).

•  LiOH, idrossido di litio. Solido, si presenta sotto forma di cristalli molto piccoli, fortemente solubili in acqua. Ha forte carattere corrosivo soprattutto a livello della cute con cui è bene non farlo venire a contatto. Si usa come catalizzatore nelle reazioni di esterificazione e per lavorazioni delle ceramiche. Lega bene l’anidride carbonica formando il carbonato di litio.
• CsOH, idrossido di cesio. Questa base forte è in grado di corrodere anche il vetro (cosa che gli acidi non riescono a fare). La reazione produce acqua e silicato di cesio.