Seconda lezione pratica sulla Chimica in Acquario, Acidi, basi o idrossidi e sistemi tamponi.
Dopo la prima lezione, a cui vi rimando Chimica in Acquario – un punto di vista pratico – lezione 1 oggi iniziamo la seconda lezione pratica nella quale parleremo di acidi, basi, pH e sistemi tampone.
Abbiamo già visto nella prima lezione che un ossiacido si forma quando ad una anidride (formata dalla reazione fra un non metallo e l’ossigeno) si aggiunge H2O.
S (zolfo) + O2 –> SO2 o SO3 (quale si forma dipende da quale numero di ossidazione dello zolfo reagisce, sono sostanze diverse)
SO2 o SO3 + H2O –> H2SO3 o H2SO4 (si scrive H, un non metallo, Ossigeno e si contano il numero di atomi per ogni elemento)
Prendiamo ad esempio l’azoto, tanto amato da noi acquariofili…
N (nitrogeno=azoto), numero di ossidazione +3, +5 (quando forma anidridi) + O2 –> N2O3 (si scambiano i numeri di ossidazione, diventando il numero di atomi rispettivo)
N (+V) + O (-II) –> N2O5 (non uso la simbologia molecolare apposta per evitare confusione)
i rispettivi acidi
N2O3 + H2O –> H2N2O4, si semplifica HNO2 acido nitroso
N2O5 + H2O –> H2N2O6 –> HNO3 acido nitrico
questi acidi in ambiente acquoso o in opportuno solvente si “dissociano” (si dividono in cationi ed anioni) in…
H+ + NO2 – e H+ + NO3- rispettivamente
H2SO3 –> 2H+ + SO3–
H2SO4 –> 2H+ + SO4–
Esistono anche gli idracidi… classe di acidi biatomici, si formano per reazione di elementi estramente elettronegativi (attraggono con molta forza gli elettroni) e l’atomo di idrogeno.
L’elettronegatività cresce dal basso verso l’alto e da sinistra verso destra lungo la tavola periodica degli elementi, escludendo i gas nobili (ultima colonna, gruppo VIII), viene facile verificare che parliamo della classe degli alogeni (VII gruppo) e dello S (zolfo).
Fluoro, Cloro, Bromo, Iodio, S (zolfo).
I numeri di ossidazione sono “-1” per gli alogeni, “-2” per lo zolfo.
Reagendo con l’idrogeno (+1), si formeranno… HF, HCl, HBr, HI, H2S si chiamano acido fluoridrico, cloridrico, bromidrico, iodidrico, solfidrico. Quando sono dissociati… H+ + F-H+ + Cl-H+ + Br-H+ + I-2H+ + S– come si vede sia gli ossiacidi che gli idracidi, dissociati, liberano ioni (atomi o gruppi di atomi dotati di carica elettrica) H+.
Un acido è appunto questo, una sostanza che “libera” in soluzione ioni H+.
Esistono anche gli acidi organici tipo il famosissimo acido acetico CH3COOH che si dissocia in CH3COO- + H+. Da acido ad acido cambia la forza, cioè quanti ioni idrogeno vengono rilasciati, in pratica quanto si dissocia. Ad esempio, se prendessimo 1000 molecole di HCl, si dissocierebbe in H+ + Cl-, quanti sarebbero gli ioni idrogeno e cloruro che si andrebbero a formare? Viene spontaneo dire 1000 ioni H+, 1000 ioni Cl-, ed in questo caso è vero, poichè l’HCl è un acido forte, completamente dissociato.
Gli acidi deboli, viceversa non si dissociano completamente, ad esempio 1000 molecole di CH3COOH –> CH3COO- + H+ gli ioni idrogeno ed acetato però non saranno 1000 e 1000, poichè parte delle molecole di acido acetico non si dissoceranno.
Le basi o idrossidi, sono l’alter ego degli acidi, difatti li neutralizzano, e ne capiremo presto il significato.
Un idrossido è una molecola che libera in soluzione ioni idrossido OH- praticamente una qualsiasi sostanza la cui formula termina con dei gruppi OH (ossidrili) è un idrossido o base.
Si formano dall’unione di ossidi (metallo + ossigeno) + H2O .
esempio
Na + O –> Na2O + H2O –> NaOH
molto più semplice una regola pratica, per scrivere la formula di un idrossido bisogna guardare il numero di ossidazione del metallo (che corrisponde al gruppo, colonna della tavola periodica).
Ad esempio i metalli del secondo gruppo si chiamano metalli alcalino terrosi (Mg, Ca, Sr,…) hanno tutti numero di ossidazione “+2”, l’ossidrile ha sempre “-1” (O -2 + 1 dell’H)
Basterà scrivere il simbolo del metallo aggiungendo tanti OH quanto è il numero di ossidazione del metallo stesso.
Na (I) OH
KOH
Mg(OH)2
Al(OH)3
etc..
Ora ci aspetta il pH
Questo malandrino, altro non è che la misura degli ioni H+ dispersi in soluzione, dispersi vuol dire liberi, non legati ad altri ioni.
Poichè è una scala che si riferisce all’acqua H2O come sostanze a Ph neutro per eccellenza, formata da H+ + OH-, si intende che ogni ione H+ venga neutralizzato da un OH-. quindi ioni H+ liberi vuol dire non bilanciati da ioni OH-.
ad esempio
1000 H+
1000 OH-
pH 7, neutro.
se gli H+ sono più degli OH-, il pH sarà acido, viceversa sarà basico.
si calcola pH = – log [H+] (la parentesi quadra indica concentrazione molare)
quindi più aumentano gli H+ più diminuisce il pH.
da cui si deduce che il pH sotto 7 è acido, sopra i 7, basico o alcalino.
Dovrebbe a questo punto essere chiaro che se aggiungo acidi ad un a soluzione qualsiasi o all’acqua pura, aggiungo ioni H+, quindi abbasso il pH… a parita di molecole (non grammi, non millilitri…) aggiunte un acido forte libererà più ioni H+, uno debole di meno.
Viceversa se aggiungo un qualsiasi idrossido, aggiungo ioni OH-, questi, superiori agli H+, aumentano il valore di pH…
Non voglio approfondire sulla kw e calcolo del pH perchè esula dal discorso, che vuole cercare di essere abbastanza semplice per tutti.
E’ chiaro che se il gioco del pH altro non è che aggiungere H+ (acidi) o OH- (basi o idrossidi) per neutralizzare un pH acido (più H+ rispetto agli OH-) basterà aggiungere OH- e viceversa.
I SISTEMI TAMPONE
I sistemi tampone hanno come ruolo quello di evitare sbalzi di pH in seguito ad aggiunte di acidi e basi, in pratica tamponano il pH, cioè lo mantengono costante.
Questo in acquario è estremamente importante poichè la calcificazione dello scheletro dei coralli, ma anche la crescita della piante (acidofile, basofile, neutrofile) è fortemente influenzata dal pH.
In pratica un tampone è costituito da un acido o base debole e da un suo sale.
Acido acetico e acetato di sodio, nell’esempio qua riportato.
Osserviamo l’immagine: l’acido acetico, acido debole, è poco dissociato, quindi immaginando di partire da mille molecole di acido acetico
1000 CH3COOH –> 100 CH3COO- + 100 H+ (i numeri sono inventati)
mentre l’acetato di sodio è completamente dissociato
1000 CH3COONa –> 1000 CH3COO- + 1000 Na+
se aggiungo un acido poniamo 100 molecole di HCl, essendo questo un acido forte
100 HCl –> 100 H+ + 100 Cl-
i 100 ioni H+ reagiranno con CH3COO- riducendone il numero..ioni H+ bloccati cioè li abbiamo “combinati”, non sono liberi in soluzione, quindi non agiscono sul pH
se aggiungo ioni OH- da un idrossido tipo NaOH, essendo una base forte
100 NaOH –> 100 Na+ + 100 OH-
Gli OH- reagiscono con gli H+ liberati dall’acido acetico, quindi si neutralizzano anche in questo caso.
essendosi ridotti gli H+ liberi, se ne dissociano di nuovo dall’acido acetico,pronti quindi a rimpiazzare quelli neutralizzati.
Il pH non varia, poichè vengono neutralizzati gl ioni OH-
In acquario il tampone è costituito dal sistema
acido carbonico, carbonato di sodio (in realtà è un po’ più complicato)
H2CO3 –> H+ +HCO3-
HCO3- –> H+ +Co3–
Na2CO3 –> 2Na+ + CO3–
se aggiungo H+ reagiscono con gli ioni carbonato
se aggiungo OH- reagiscono con gli H+
in pratica forniamo agli H+ e OH- che, se aggiunti farebbero oscillare il pH, un bersaglio, con tanto di riserve….
Questo valore è il Kh… che ci dice quanto acido carbonico (quindi anche bicarbonato) è presente in vasca, quindi il potere tampone… se esso è troppo elevato, aumenterà troppo il pH (perchè il carbonato di sodio aumenta il pH, per idrolisi basica, ma queso è un altro capitolo).
Un valore corretto mantiene il pH stabile ed evita pericolose reazioni chimiche indesiderate ed assicura il buon funzionamento degli enzimi, proteine che sono coinvolte nei metabolismi di osgni essere vivente, siano essi coralli di ogni genere, famiglia, specie, siano vegetali, dolci o marini.
