Acidi e Basi

Alcune sostanze, chiamate acidi, rilasciano ioni idrogeno - essenzialmente protoni - quando si dissolvono in acqua. Altre sostanze, chiamate basi, accettano protoni quando sono in soluzione con l'acqua. I protoni sono altamente reattivi e possono causare danni alla materia organica. In generale, la concentrazione di protoni in un mezzo acquoso ha un grande impatto sugli organismi e deve essere strettamente regolata.

Questa sezione parlerà di acidi, basi e della scala del pH.

Acidi

Quando gli acidi si dissolvono in acqua si ionizzano e rilasciano ioni H⁺ (protoni). Un acido forte, come l'acido cloridrico (HCl), si dissocia completamente in ioni H⁺ e Cl⁻. Un acido debole, come l'acido acetico (CH₃COOH), invece, non si dissocia completamente, poiché una quantità considerevole della molecola iniziale non sarà ionizzata. Maggiore è la concentrazione di H⁺, maggiore è l'acidità.

Basi

Mentre gli acidi sono donatori di H⁺, le basi sono essenzialmente accettori di H⁺. In soluzione, una base forte come l'idrossido di sodio (NaOH) si dissocia completamente in ioni Na⁺ e OH⁻. Gli ioni OH⁻ (idrossido) risultanti si combinano con i protoni e formano molecole d'acqua. L'ammoniaca (NH₃) è un'altra base che prende i protoni per formare ammonio (NH₄⁺). È una base debole, perché solo una certa percentuale di molecole di ammoniaca in soluzione accetta protoni. Maggiore è la capacità di accettazione di H⁺, più forte è la base.

La scala del pH

L'acidità o la basicità di una soluzione si misura con la scala del pH, che va da 0 a 14. La massima acidità si raggiunge a pH 0 e le soluzioni meno acide hanno valori di pH più alti. Una soluzione neutra, ad esempio l'acqua pura, ha un pH di 7 e valori di pH più alti indicano la basicità, che raggiunge il massimo a pH 14. La figura mostra alcuni esempi di soluzioni con la loro gamma di pH. La scala del pH si basa sulla concentrazione dello ione H⁺ ed è logaritmica, quindi ad esempio a pH 4 la concentrazione di H⁺ è 10 volte più alta che a pH 5.

Sistemi tampone

Poiché i cambiamenti di concentrazione di protoni possono avere un grande impatto biochimico, gli organismi usano dei tamponi per mantenere il pH costante. I sistemi tampone di solito consistono di un acido debole e della sua base corrispondente (coniugata). Il pH del sangue umano (7,4) è regolato dal sistema tampone del bicarbonato qui raffigurato, composto da acido carbonico e dal suo bicarbonato base coniugato. I protoni supplementari sono assorbiti da uno spostamento dell'equilibrio di reazione verso l'acido carbonico e alla formazione di anidride carbonica e acqua, impedendo un cambiamento del pH.