Acidi, basi, indicatori e pH
A colazione spremi un limone nel tè e il colore cambia: da scuro diventa più chiaro. Perché? Nel tè c'è una sostanza che reagisce al limone cambiando colore. In questa pagina scopriremo che cosa rende un limone «acido», che cosa rende il sapone «basico» e come si può misurare tutto questo con un numero: il pH.
Acidi e basi nella vita di ogni giorno
Molte sostanze che usi ogni giorno sono acide o basiche. Ecco alcuni esempi.
| Acide | Neutre | Basiche |
|---|---|---|
| succo di limone | acqua distillata | sapone |
| aceto | sale da cucina sciolto in acqua | bicarbonato di sodio |
| bibita gassata | zucchero sciolto in acqua | candeggina |
| succo gastrico | detersivi, ammoniaca |
Che cosa hanno in comune? Gli acidi hanno un sapore aspro (come limone e aceto), ma non assaggiare mai sostanze in laboratorio. Le basi, come il sapone, al tatto sono scivolose (ma non toccare mai sostanze sconosciute). Alcune sostanze, sia acide sia basiche, sono corrosive: servono occhiali e camice.
Quando una sostanza è sciolta in acqua, la sua natura dipende dagli ioni presenti: gli acidi liberano ioni $\text{H}^+$, le basi liberano ioni $\text{OH}^-$ (ioni idrossido). Una soluzione neutra ha le due quantità in equilibrio.
Classifica come acide, basiche o neutre le seguenti sostanze: succo di limone, acqua distillata, sapone, aceto, candeggina.
Classifica come acide, basiche o neutre le seguenti sostanze: succo di limone, acqua distillata, sapone, aceto, candeggina.
Gli indicatori
Come facciamo a capire se una soluzione è acida o basica senza assaggiarla? Usiamo un indicatore: una sostanza che cambia colore a seconda che l'ambiente sia acido, neutro o basico.
Alcuni indicatori sono di laboratorio, come la cartina al tornasole: la cartina blu diventa rossa in ambiente acido, quella rossa diventa blu in ambiente basico. Altri sono naturali. Il più famoso è il succo di cavolo rosso, che puoi preparare in cucina.
(I colori nel disegno sono indicativi: il vero succo va dal rosso al viola al verde-blu.)
Perché funziona? Le molecole dell'indicatore cambiano leggermente forma in presenza di $\text{H}^+$ o $\text{OH}^-$, e con la nuova forma assorbono la luce in modo diverso: cambia il colore che vediamo.
Che cos'è un indicatore? Di che colore diventa la cartina al tornasole blu se immersa in una soluzione acida?
Che cos'è un indicatore? Di che colore diventa la cartina al tornasole blu se immersa in una soluzione acida?
Il succo di cavolo rosso è un indicatore naturale: rosso in ambiente acido, viola in ambiente neutro, verde-blu in ambiente basico. Aggiungendolo a tre bicchieri, Anna…
Il succo di cavolo rosso è un indicatore naturale: rosso in ambiente acido, viola in ambiente neutro, verde-blu in ambiente basico. Aggiungendolo a tre bicchieri, Anna ottiene: bicchiere A rosso, B verde, C viola. Il bicchiere A contiene aceto, B una soluzione di bicarbonato, C acqua distillata.
- a) Spiega se i colori sono coerenti con le sostanze.
- b) Ordina le tre soluzioni dalla più acida alla più basica.
La scala del pH
Gli indicatori danno un'informazione qualitativa. Per dire quanto una soluzione è acida o basica si usa il pH, una scala che va da 0 a 14.
Il pH si può misurare con la cartina universale (che mostra una scala di colori) o con un pH-metro elettronico.
C'è un punto importante: la scala è logaritmica. Ogni passo di una unità di pH significa che la concentrazione di ioni $\text{H}^+$ cambia di un fattore 10. Una soluzione con $\text{pH} = 3$ ha 10 volte più ioni $\text{H}^+$ di una con $\text{pH} = 4$, e 100 volte più di una con $\text{pH} = 5$.
Sulla scala del pH, quali valori corrispondono a una soluzione acida, neutra e basica? Indica il valore del pH dell'acqua pura a $25\,^\circ\text{C}$.
Sulla scala del pH, quali valori corrispondono a una soluzione acida, neutra e basica? Indica il valore del pH dell'acqua pura a $25\,^\circ\text{C}$.
Una soluzione A ha $\text{pH} = 3$, una soluzione B ha $\text{pH} = 7$ e una soluzione C ha $\text{pH} = 11$. a) Classifica ciascuna soluzione. b) Quale è più acida, A o…
Una soluzione A ha $\text{pH} = 3$, una soluzione B ha $\text{pH} = 7$ e una soluzione C ha $\text{pH} = 11$.
- a) Classifica ciascuna soluzione.
- b) Quale è più acida, A o B? Motiva.
- c) Una soluzione con $\text{pH} = 2$ è più acida di una con $\text{pH} = 4$ di quanti ordini di grandezza nella concentrazione degli ioni $\text{H}^+$?
Neutralizzazione
Dopo una pizza abbondante Luca ha bruciore di stomaco. Che cosa fa un antiacido? Contiene una base che reagisce con l'acido in eccesso. Questa reazione si chiama neutralizzazione.
Perché? Gli ioni $\text{H}^+$ dell'acido e gli ioni $\text{OH}^-$ della base si uniscono formando acqua: $\text{H}^+ + \text{OH}^- \to \text{H}_2\text{O}$. Gli altri ioni restano in soluzione e formano un sale.
L'esempio classico è quello dell'acido cloridrico con l'idrossido di sodio:
$$\text{HCl} + \text{NaOH} \to \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$$Il prodotto $\text{NaCl}$ è il comune sale da cucina. Se le quantità sono equivalenti, la soluzione finale è neutra, con $\text{pH} = 7$.
In un caso come HCl + NaOH (acido forte e base forte), come capire quando la neutralizzazione è completa? Si aggiunge un indicatore: quando assume il colore «neutro» (ad esempio il viola del cavolo rosso), l'acido e la base si sono bilanciati.
Dopo un pasto Luca ha acidità di stomaco e prende un antiacido contenente una base debole. a) Spiega che cosa avviene tra l'acido dello stomaco e l'antiacido. b) Come…
Dopo un pasto Luca ha acidità di stomaco e prende un antiacido contenente una base debole.
- a) Spiega che cosa avviene tra l'acido dello stomaco e l'antiacido.
- b) Come cambia il pH dello stomaco?
- c) Come si chiama questa reazione?
Si mescolano soluzioni di acido cloridrico ($\text{HCl}$) e di idrossido di sodio ($\text{NaOH}$) in quantità equivalenti. a) Scrivi la reazione di neutralizzazione con…
Si mescolano soluzioni di acido cloridrico ($\text{HCl}$) e di idrossido di sodio ($\text{NaOH}$) in quantità equivalenti.
- a) Scrivi la reazione di neutralizzazione con le formule.
- b) Quali sono i prodotti e che pH ci si aspetta per la soluzione finale?
- c) Spiega come un indicatore permetterebbe di capire quando la neutralizzazione è completata.
pH nell'ambiente: pioggia e terreno
Il pH conta anche fuori dal laboratorio. Pensa alla pioggia sui monumenti di Venezia o di Roma.
L'acqua piovana «normale» ha $\text{pH} \approx 5{,}6$: è già leggermente acida perché l'anidride carbonica ($\text{CO}_2$) dell'aria si scioglie nelle gocce e forma acido carbonico ($\text{H}_2\text{CO}_3$).
La pioggia acida ha un pH più basso, anche 4 o meno. Si forma quando gli ossidi di zolfo e di azoto, emessi da industrie, centrali e traffico, reagiscono con l'acqua dell'atmosfera formando acido solforico e acido nitrico.
Il marmo è fatto di carbonato di calcio ($\text{CaCO}_3$), che reagisce con gli acidi sviluppando anidride carbonica. Per questo la pioggia acida corrode statue e facciate.
Anche il terreno ha un pH. Le ortensie, per esempio, fioriscono blu in terreno acido e rosa in terreno basico. Un giardiniere può verificare il pH del terreno senza strumenti elettronici: mescola un campione di terra con acqua distillata, filtra e aggiunge un indicatore (cartina universale o succo di cavolo rosso). Per rendere il terreno più acido si possono aggiungere sostanze acide, come il concime a base di solfato di alluminio o la torba.
Il pH dell'acqua piovana «normale» è circa $5{,}6$, mentre una pioggia acida può avere $\text{pH} = 4$. a) Spiega perché la pioggia normale è già leggermente acida…
Il pH dell'acqua piovana «normale» è circa $5{,}6$, mentre una pioggia acida può avere $\text{pH} = 4$.
- a) Spiega perché la pioggia normale è già leggermente acida (considera l'anidride carbonica).
- b) Quali sostanze inquinanti causano la pioggia acida?
- c) Perché la pioggia acida danneggia i monumenti di marmo (carbonato di calcio) di città come Venezia o Roma?
Un giardiniere a Sanremo vuole coltivare ortensie, che fioriscono blu in terreno acido e rosa in terreno basico. Il terreno del suo giardino ha $\text{pH} = 8$. a) Di…
Un giardiniere a Sanremo vuole coltivare ortensie, che fioriscono blu in terreno acido e rosa in terreno basico. Il terreno del suo giardino ha $\text{pH} = 8$.
- a) Di che colore saranno i fiori?
- b) Quale tipo di sostanza potrebbe aggiungere per ottenere fiori blu?
- c) Spiega come potrebbe verificare il cambiamento del terreno usando un indicatore, senza strumenti elettronici.
Vuoi riprendere il filo: il tè si schiarisce con il limone perché contiene un indicatore naturale che reagisce agli acidi.
In sintesi
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Acidi (pH < 7) liberano ioni $\text{H}^+$, basi (pH > 7) liberano ioni $\text{OH}^-$; le soluzioni neutre hanno $\text{pH} = 7$.
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Gli indicatori (cartina al tornasole, cavolo rosso) cambiano colore in ambiente acido, neutro o basico.
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La scala del pH va da 0 a 14 ed è logaritmica: una unità di pH corrisponde a un fattore 10 nella concentrazione di $\text{H}^+$.
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Acido + base → sale + acqua: è la neutralizzazione, che porta il pH verso 7.
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La pioggia normale ha $\text{pH} \approx 5{,}6$; la pioggia acida è più acida e corrode il marmo.