giovedì 1 marzo 2012

Pi Acca

Il pH è un’altra di quelle nozioni della chimica che hanno finito per far parte del lessico comune, arrivando perfino sulle etichette dello shampoo. Non è famoso come il DNA, ma poco ci manca.
Spiegare in breve che cos’è il pH non è facile, e anzi direi che è proprio impossibile; ci si può provare, ma per capire cos’è davvero il pH bisogna mettersi a studiare: e non solo la chimica ma anche la matematica. Ho incontrato molti che sono convinti di saperlo, e che dicono: “ma sì, il pH misura l’acidità”. Ma non è mica così facile, questa è solo la prima riga della definizione: oltre all’acidità si misura la basicità, e poi cosa significa “acidità”? Anche un olio può avere un’acidità, ma l’acidità di un olio non ha niente a che vedere con il pH. E sul concetto di “basicità”, come come sul suo sinonimo “alcalinità” rischia di naufragare qualsiasi tentativo di spiegazione, perché si tratta di concetti molto difficili, e qui il linguaggio comune non aiuta affatto, e anzi rischia di portare fuori strada perché nel lessico quotidiano “acidità” indica tante cose ma non quella giusta.
Per cominciare, oltre a dire che non sarò breve, bisogna mettere in fila almeno quattro cose importanti, queste: 1) il pH si misura solo nell’acqua. 2) il pH è una scala che va da zero a quattordici 3) è un concetto introdotto nei primi anni del Novecento. 4) va scritto bene, con la p minuscola e con l’acca maiuscola: non è una questione di pignoleria, e le ragioni le spiego qua sotto.
Insomma, il pH non è l’acidità: guardatevi bene dal dirlo, perché poi a scuola il professore vi guarderà malissimo.
Comincio dal punto n.4: il pH va scritto bene, con la p minuscola e l’acca maiuscola. Infatti, l’acca maiuscola è il simbolo dell’Idrogeno, del quale si misura la concentrazione nell’acqua in esame (per la precisione, la concentrazione dello ione idrogeno: ma se comincio a parlare anche degli ioni, non si finisce più). La p minuscola è un termine matematico: l’inverso del logaritmo. Purtroppo, conosco molti chimici diplomati e laureati che scrivono pH come capita capita, con molta sciatteria; inoltre, i correttori automatici (e anche l’indice di wikipedia, che tristezza) tendono a spianare tutto, il che in chimica e in matematica è un problema molto grosso e molto noioso. E’ per questo motivo che affido la descrizione del pH ad immagini scannerizzate da due libri: la Garzantina della Chimica (un libro preziosissimo) e il mio libro di chimica analitica della terza classe di perito chimico (edizioni Atlas, Tuccari Parigi, in uso nel 1974-75). Come si vede, è un concetto molto complesso.
Una volta definito il pH come “il logaritmo dell’inverso della concentrazione dello ione idrogeno” si può passare a chiedersi quando nasce questo concetto e chi se lo sia mai inventato. Come sempre, nella scienza moderna, non esiste mai “l’inventore”, e quando si arriva a una formulazione precisa c’è sempre dietro un grande lavoro collettivo: ma in questo caso si può ben dire che si tratta di due scienziati scandinavi, Arrhenius e Sorensen (Arrhenius è nella foto in alto, Sorensen nella foto qui sotto).
Lo so che sembrano due nomi inventati: se si pensa a un cognome danese, il primo che viene in mente è Sorensen o Christensen. Questo qui, poi, si chiama addirittura Søren Sørensen.
Ancora più inventato sembra il nome di Arrhenius, che pare uscire direttamente da un romanzo ottocentesco di Jules Verne, qualcosa tra il capitano Nemo, L’isola misteriosa e il Viaggio al centro della terra: invece no, per i suoi studi sulle sostanze disciolte in acqua il signor Svante Arrhenius si è meritato il Premio Nobel per la Chimica, nel 1903. Uno dei Nobel più meritati della storia, va detto: anche se per gli studenti di chimica studiarsi (sudarsi) le sue equazioni è diventato un bell’impegno. (io, per esempio, nel nome di Arrhenius mi sono beccato l’esame a settembre, quasi la bocciatura – tutto merito mio, sia ben chiaro, avevo un professore meraviglioso ma quando lo studente è una zucca vuota c’è poco da fare).
Per la precisione, da http://www.wikipedia.it/
Svante August Arrhenius (Vik, 19 febbraio 1859 - Stoccolma, 2 ottobre 1927) è stato un chimico e fisico svedese, premio Nobel per la chimica nel 1903 per la sua teoria sul trasferimento di ioni visti come responsabili del passaggio di elettricità. Nel 1860 i genitori decisero di trasferirsi a Uppsala dove il ragazzo crebbe e frequentò le scuole della Cattedrale, avendo un bravo insegnante di fisica. Qui manifestò interesse al calcolo aritmetico e, successivamente, per la matematica e la fisica, una volta giunto alle scuole superiori. Nel 1876 si iscrisse all'Università di Uppsala per studiarvi matematica, chimica e fisica. Su suggerimento dei vari insegnanti di quest'ultima materia, si trasferisce all'Accademia delle Scienze di Stoccolma sotto la guida del professore E. Edlund. Le sue ricerche lo portarono a studiare le affinità tra la chimica e l'elettricità (un'affinità già sospettata da Berzelius) elaborando la tesi di dottorato sul passaggio di elettricità attraverso le soluzioni. L'idea che stava alla base del suo lavoro era che fossero gli ioni i responsabili del fenomeno dell'elettrolisi: un'idea che, in occasione della sua dissertazione alla facoltà di Uppsala, non convinse la comunità scientifica. Con le sue idee controverse, presto divenne un giovane ricercatore, sorprendendo sempre di più i personaggi di spicco dell'ambiente scientifico dell'epoca. Nel 1884 ricevette la cattedra di chimica fisica, fino a quel momento inesistente in Svezia. Nel 1889 formulò l'equazione di Arrhenius che metteva in relazione la costante di velocità con la variazione di temperatura. La stessa comunità scientifica non mancò comunque di premiare nel 1903 le sue idee: in quell'anno, Arrhenius vince il premio Nobel per la chimica grazie alla sua teoria sul trasferimento di ioni visti come responsabili del passaggio di elettricità. Ora i suoi interessi era presi dalla chimica dell'atmosfera,un campo nel quale studiò l'incidenza dell’anidride carbonica sul clima, alla fisica cosmica e all'astrochimica, ambito nel quale rimase famosa la sua ipotesi che fosse la pressione della radiazione stellare a diffondere nell'universo il fenomeno vita sotto forma di spore, una teoria nota oggi con il nome di panspermia. Negli ultimi anni della sua carriera si dedicò alla divulgazione scientifica scrivendo libri che vennero presto tradotti in molte lingue. Nel 1902 fu insignito della Medaglia Davy.
Søren Peter Lauritz Sørensen (Havrebjerg, 9 gennaio 1868 - 13 febbraio 1939) è stato un chimico danese, noto per aver coniato il termine pH (potenziale idrogenionico) nel 1909 ed avere introdotto la relativa scala di misura dell'acidità. Laureatosi all'Università di Copenaghen, divenne dal 1901 direttore del prestigioso Laboratorio Carlsberg, fondato dall'industriale danese che creò l'omonima birreria. Fu particolarmente attivo nel campo dell'analisi delle proteine e nello studio degli aspetti termodinamici della chimica delle proteine. Nel 1909 introdusse il significato di pH (...).Riguardo l'etimologia del termine pH è nata una questione. Secondo alcuni la "p" indicherebbe semplicemente l'operatore matematico descritto precedentemente, altri invece pensano che stia per"pondus" ("peso" in latino), oppure "power" (potenza in inglese). Queste ultime due interpretazioni sono alquanto illogiche visto che Sørensen non pubblicò che in tre lingue: tedesco, francese e danese. È interessante notare che Sørensen ha utilizzato spesso la "q" invece della "p" per designare l'elettrodo di riferimento (ad idrogeno). Originariamente Sørensen utilizzò come simbolo "Ph", il quale poi mutò "PH" e solo negli anni '20 divenne il definitivo "pH", dove "p" ha la nota funzione di operatore matematico. (...)
Infine, il pH va da zero a quattordici perché si tratta pur sempre una misura di concentrazione, e oltre questi limiti è più comodo usare altre scale di misura, come i grammi per litro o la concentrazione in percentuale. Per fare un esempio di cosa si intende, pH=1 significa una concentrazione di 0,1 e pH=2 significa una concentrazione di 0,01. Ne consegue che con pH=7 si tratta di sette cifre dopo la virgola, e con pH=14 ne servono addirittura quattordici (non indico l’unità di misura perché per questo esempio non è indispensabile, e si complicherebbero troppo le cose).
Si potrebbe pensare che, con tutti quegli zeri dopo la virgola, a pH=14 il bicchiere che abbiamo davanti sia del tutto innocuo e neutro, ma non è così: sono pericolosi sia il pH=1 che il pH=14. La neutralità e l’innocuità sono a metà scala, intorno a pH=7. Questo è il punto più difficile da spiegare: oltre alla misura delle ione idrogeno, con il pH si misura infatti anche lo ione ossidrile: si tratta delle due parti in cui si divide la molecola dell’acqua. Ma qui mi fermo, perché spiegare la dissociazione elettrolitica (che valse il Nobel ad Arrhenius) è veramente un’impresa titanica, e questo post è già fin troppo lungo.
Posso però far notare una cosa: che nella formula qui sopra, quella della dissociazione dell’acqua, ci sono due frecce che vanno in entrambi i sensi. Infatti queste reazioni chimiche sono reversibili, il pH non è mai del tutto stabile, e con il passare del tempo anche nelle acque più tranquille succede sempre qualcosa. Forse la rappresentazione grafica che spiega meglio il pH è questa, lo yin-yang delle filosofie e religioni orientali: ma non ditelo al professore di chimica, vi darebbe un brutto voto.
(le immagini, oltre che dai libri citati e da wikipedia, vengono dal film “L’arco”, del grande regista coreano Kim Ki-duk)

4 commenti:

Grazia ha detto...

Sapevo poco o niente del pH, finora.Da te ho imparato qualcosa e, credo, che d'ora in poi starò più attenta quando lo trovo scritto.Grazie

Giuliano ha detto...

si impara molto con la pratica, soprattutto con le cartine degli indicatori diventa tutto più facile da capire (delle cartine o strisce con gli indicatori ho parlato tempo fa, il post si chiama Tornasole) (e chiedo scusa, ma io continuo a essere molto imbranato con i links, dovrai cercarlo con il motorino di ricerca qui in alto sul blog)
Spero sempre di non avere fatto troppi errori! più che altro ho sforbiciato molto, se si comincia a parlarne come si deve, arrivano subito le formule matematiche e le parole difficili...

gifh ha detto...

Ciao Giuliano,
gran bel testo, bravo. Sapevo della discussa origine della p in pH, ma anche se si tende a propendere per la simbologia matematica, qualcuno insiste ancora sull'abbreviazione dal latino di "pondus hydrogenii". Personalmente credo che ci sia un po' di verità in ciascuna delle ipotesi, anche se forse davvero si tratta di un caso (vedi p e q, comunemente usate come x, y e z).
Piccolo appunto da impertinente puntiglioso, esistono casi in cui il valore del pH può superare il 14 o addirittura risultare negativo, con alcali o acidi molto concentrati, e per questo motivo sono accettabili scale "aperte", cioè senza limiti precisi come nella nota documentata che vado a linkare: http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ed083p1465

Un caro saluto.

Giuliano ha detto...

buongiorno Gifh! aspetto sempre i tuoi interventi quando scrivo queste cose, perché essendo io quello che li scrive il rischio di errori è altissimo...(pensa che stavo scrivendo che Arrhenius è danese, ne ero convintissimo, anche il fatto che fosse andato a studiare nelle città di Ingmar Bergman non aveva smosso le mie convinzioni!) (il classico "tunnel mentale").
Ottima la precisazione sul pH, tieni però presente che io ho sempre lavorato in fabbrica, nella pratica quotidiana già un pH=2 o un pH=13 non hanno molto senso, si passa subito al percento o ai grammi per litro.
Come hai visto, ho dovuto tagliare moltissimo: soprattutto mi dispiace di non poter affrontare il discorso sugli ioni, ma a questo livello davvero non è possibile affrontarlo. (e poi io mi dovrei rimettere a studiare!!!) (mamma mia!!!)
:-)