Termini scientifici in acquariofilia

Acidità e pH

Il valore chiamato pH, com’è noto, misura l’acidità nel nostro acquario.
Buttiamola sul tecnico nelle prossime due-tre righe, così ci togliamo subito il pensiero.
Con il pH indichiamo la quantità di cationi H₃O⁺ disciolti in soluzione; in pratica si tratta di uno ione idronio (H⁺) legato ad una molecola d’acqua (H₂O).
Complicatissimo…

In realtà è molto semplice, aiutandosi con dei disegni.
Sappiamo tutti che l’acqua è fatta di idrogeno e ossigeno: H₂O…

…ma non tutti sanno che alcune molecole possono scindersi, per azione di mille cause diverse: calore, onde elettromagnetiche, presenza di gas, contaminazioni, ecc…

In piccolissima quantità, sono quindi presenti degli ioni, positivi e negativi.
Quando un atomo di idrogeno si stacca, lascia lì il suo elettrone. Si formano quindi un catione (carica positiva), ed un anione (carica negativa), come in questo schema:

Successivamente, quel catione H⁺ va a legarsi ad un altra molecola di acqua, formando quel H₃O⁺…

…che a parole sembrava tanto complicato.
Ma quanti sono questi ioni liberi?

Parlando di concentrazioni minime, è ovvio che i numeri in gioco sarebbero bassissimi, con parecchie cifre dopo la virgola; questo li renderebbe difficili da gestire.
Così, nel 1909, il chimico danese Søren Sørensen decise di ricorrere ad un trucco: il Logaritmo.

Questa parola (di origine araba) produce un certo timore nei giovani studenti, ma anche se non ce ne rendiamo conto, il nostro cervello ragiona continuamente in modo logaritmico.
Ve lo dimostro…

• Su una bottiglia di olio di oliva, pagare 4 Euro non è come pagarne 6.
  Potremmo cambiare supermercato, per una simile differenza.
• Se compriamo un televisore, non c’interessa se il prezzo passa da 796 a 798.
  Eppure sono sempre 2 Euro, come per l’olio…

Nella nostra mente, quella differenza non viene considerata in senso assoluto, ma in proporzione al valore di base: significativa sul prezzo dell’olio, ma trascurabile su quello del televisore…
…esattamente come apparirebbe su una scala logaritmica!

Ora torniamo a Sørensen, ed al suo pH.

Convenzionalmente, nell’acqua distillata a 25 °C, senza gas disciolti, la concentrazione di ioni H₃O⁺ equivale a 0.1 milionesimo di moli per litro.
Per esteso, sarebbe “1” in settima posizione dopo la virgola, ovvero preceduto da 7 zeri: 0.0000001.
Nella notazione esponenziale, si scrive 10^-7 (10 elevato a -7).

Forse cominciamo a capire perché pH 7 viene considerato il valore neutro…
Il Logaritmo è infatti l’operazione inversa dell’elevamento a potenza: anziché calcolare un risultato, da una base ed un esponente, ci danno Il risultato e la base… mentre l’esponente dobbiamo trovarlo noi.
Come dire… se 10⁴ = 10’000, significa che log₁₀ 10’000 = 4.

La formula matematica del pH è pertanto questa:

A questo punto, siamo arrivati a quello che c’interessava sapere: “pH” significa potentia hidrogenii, ovvero “potenza dell’idrogeno“.

Quella “p” va scritta in minuscolo perché il termine indica l’operazione matematica di elevamento a potenza.
Se usassimo la “P” maiuscola, si confonderebbe con la grandezza fisica, ad esempio la potenza di un motore.

Questo modo di esprimere l’acidità è comodissimo, per la Biochimica.
Come si intuisce facilmente, aumentando l’esponente della potenza si introduce una moltiplicazione per 10.
10⁷ non è un tantino più alto di 10⁶, è dieci volte di più!… 10⁸ sarebbe superiore di cento volte, e così via.

Lo stesso vale per il pH.
Se potessimo contare i cationi H₃O⁺, uno per uno, ci accorgeremmo che tra pH 8, pH 7, pH 6, pH 5… la differenza sarebbe di 10 volte, 100 volte, 1000 volte… ecc.
Il vantaggio è enorme per le ricerche scientifiche, perché tutti gli organismi viventi percepiscono l’acidità in modo logaritmico, esattamente come fa il nostro cervello su quei prezzi di cui parlavamo, dell’olio e del televisore.
In realtà, ci sono innumerevoli casi in cui la Natura usa le potenze e i logaritmi, ad esempio l’orecchio umano, ma qui si rischia seriamente di andare fuori tema…

A questo punto, credo che ai più attenti non sia sfuggito un certo dettaglio… che porta a questa domanda:
“Va bene… sulla lettera p sei stato chiarissimo, ma perché quell’H è maiuscola?”

…Perché l’idrogeno viene rappresentato dal suo simbolo chimico… ma questo lo vedremo meglio più avanti, nel capitolo “Formule e simboli chimici”.