Chimica, che cos’è?

Ultimamente (complici anche trasmissioni televisive di dubbia qualità) si è scatenata una discussione infinita riguardo pH, acidi, basi, cibi basici, cibi acidi e roba del genere. Scrutando un po’ in giro per la rete, ma anche fuori da essa, si giunge a una triste conclusione: i concetti di pH e di equilibrio acido-base sono sconosciuti e la gente parla senza cognizione di causa!

Fra l’altro non capisco per quale motivo ci sia tutta questa avversione per la chimica, che è una Scienza davvero affascinante e assolutamente fondamentale. Ecco perché ho deciso di dare il mio contributo facendo chiarezza su chimica, pH, acidi e basi.

“Chimico” è contrapposto a “naturale” ?

In effetti c’è una diffusa ignoranza sulla chimica in generale, che è vista come qualcosa di negativo, una specie di fabbrica di veleni. In realtà la chimica è semplicemente la “Scienza che studia la materia e le sue interazioni“. Ne consegue che la popolare dicotomia fra “chimico” e “naturale” sia del tutto priva di senso. Qualunque sostanza dell’Universo, sia essa naturale o sintetica, può essere definita chimica: lo schermo con cui state leggendo questo articolo è fatto di sostanze chimiche, i vostri occhi sono composti di sostanze chimiche, i vostri corpi sono di sostenze chimiche, respirate e mangiate sostenze chimiche. Ne consegue anche che non abbia senso distinguere fra naturale e sintetico, come non ha senso pensare che una sostanza “naturale” sia automaticamente benefica (alcuni dei veleni più potenti al mondo sono perfettamente naturali) e non ha senso dire che una sostenza “sintetica” sia dannosa (per esempio molti farmaci sono prodotti artificialmente e hanno effetti benefici se presi con criterio).

Sembra quindi che l’astio per la chimica sia così diffuso perché la gente la considera una “fabbrica di veleni”, eppure la parola “chimico” nell’accezione comune ormai identifica sostanze sintetiche pericolose, cosa che assolutamente non rientra nella definizione corretta.  Bisogna dire che, oltre alla purtroppo diffusa ignoranza scientifica, questo concetto di chimica “pericolosa” è stato inserito nella testa delle persone dalla grande distribuzione, che ha creato il falso mito delle “cose buone di una volta” e del “naturale = sano” a scopi puramente pubblicitari. Inoltre l’avvento di internet ha permesso a individui senza scrupoli di diffondere vera e propria disinformazione il cui unico scopo è quello di guadagnare sulle inserzioni pubblicitarie presenti nei siti.

In realtà la chimica è una Scienza affascinante (una delle mie preferite, in effetti) e utilissima: essa ha permesso di capire i meccanisimi di funzionamento degli organismi ed è alla base della Medicina moderna, ma è stata anche fondamentale per lo sviluppo dell’attuale tecnologia che è basata in gran parte su meteriali sinteciti come la plastica: immaginate un mondo senza plastica, come potreste costruire il monitor che state usando per leggere questo articolo? Sarebbe impossibile!

Acidi e basi

Che cosa è in realtà un acido e cosa è una base? Provate a fare questa domanda per la strada e in molti non sapranno rispondere. Addirittura è probabile che solo una parte degli intervistati conosca l’esistenza delle “basi” perché il termine “acido” si usa molto più frequentemente nella vita quotidiana.

Nota terminologica: un catione è uno ione positivo, ossia un atomo o una molecola con carica positiva; un anione è uno ione negativo, ossia un atomo o una molecola con carica negativa.

Un acido è una sostanza che in soluzione acquosa dà luogo alla formazione di cationi (ioni positivi) idronio, di formula H₃O+. Immaginiamo di mettere in acqua del famoso acido cloridrico, avremmo la rezione di equilibrio:

HCl + H₂O = H₃O⁺ + Cl^–

Questo significa che in acqua una molecola di acido cloridrico cede il suo idrogeno (che è solo un protone, perché l’idrogeno ha numero atomico 1 e quindi ha solo un protone e un elettrone) a una molecola d’acqua che diventa un catione idronio; in chimica si dice che l’acqua è stata “protonata” dall’acido.
L’acido cloridrico è un acido abbastanza forte, ma ne esitono di più forti o di più deboli, per esempio l’acido carbonico è abbastanza debole da poter essere ingerito (ovviamente NON puro) senza problemi, infatti lo si trova nelle bibite gassate, e si forma quando una molecola di anidride carbonica reagisce con una molecola d’acqua secondo la rezione di equilibrio:

CO₂ + H₂O = H₂CO₃

Esistono anche acidi molto più forti, come l’acido fosfidrico (HF) e l’acido solforico (H₂SO₄), quest’ultimo famoso perché capace di corrodere quasi tutti i metalli tranne l’oro. Esistono anche acidi organici con un importante ruolo biologico,come l’acido L-ascorbico (la vitamina C), l’acido desossiribonucleico (il DNA) o gli acidi grassi (detti lipidi), che hanno formule chimiche e strutture molecolari molto più complesse dei semplici acidi inorganici che abbiamo citato negli esempi di reazioni.

Una base è una sostanza che in soluzione acquosa dà luogo alla formazione di anioni (ioni negativi) idrossido OH-. Immaginiamo di mettere in acqua dell’ammoniaca, avremmo la rezione di equilibrio:

NH₃ + H₂O = NH₄⁺ + OH^–

Una molecola di ammoniaca strappa un atomo di idrogeno (H che, ricordiamo, è un protone) all’acqua e se ne appropria, diventando un catione ammonio; la molecola d’acqua “deprotonata” diventa un anione idrossido. L’ammoniaca è una base debole ma ne esistono di molto più forti come l’idrossimo di sodio NaOH, che messo in soluzione non deprotona le molecole d’acqua ma libera anioni idrossido dissociandosi in Na⁺ e OH^–. Vedremo in un prossimo articolo perché ciò avvenga e cosa determini la forza di una base e di un acido, ora ci limiteremo alle definizioni.

Cosa accadrebbe mescolando due soluzioni conteneti una acido cloridrico e l’altra idrossido di sodio? Vediamo la rezione: NaOH + HCl = NaCl + H₂O. La reazione ha prodotto NaCl (cloruro di sodio, il comune sale da cucina) e acqua. Possiamo dedurre che la rezione fra un acido forte e una base forte formi un sale più acqua. Domanda: cosa accadrebbe ingerendo il sale prodotto dalla nostra rezione? Risposta: a patto di pulirlo per bene per rimuovere eventuali tracce di acidi o basi (che, lo dico adesso, sono sostanze corrosive), non accadrebbe assolutamente nulla.

Il sale prodotto dalla nostra reazione non avrebbe nessun effetto sulla nostra salute pur essendo stato prodotto da una reazione chimica (sintetico, per meglio dire), questo perché in realtà non esiste nessuna distinzione fra “naturale” e “sintetico” ma esiste solo la chimica: le proprietà chimiche di una sostanza dipendono dalla sua composizione e non dal modo in cui è stata prodotta.

pH

Vediamo ora a una sigla che si sente spesso usare, pH. Il pH è intimamente legato al concetto di acido, infatti esso dipende dalla concentrazione di un acido in soluzione acquosa. Conoscendo la concrentrazione di cationi idronio si può calcolare il pH di una qualunque soluzione (acquosa, mi raccomando) usando la semplice formula:

L’uso dei logaritmi (che non piacciono a nessuno, lo so) è necessario perché la concentrazione dell’idronio è di solito un numero tipo 0,00000… ed è un valore difficile da trattare, quindi si usano i logaritmi per ottenere numeri più facili da manipolare: i logaritmi in base 10 permettono di suddividere la scala del pH in una serie di numeri da 0 a 14, dove 0 è un acido fortissimo, 7 è una sostanza neutra (l’acqua ha pH = 7) e 14 è una base fortissima. Analogamente si calcola il pOH, che si basa sulla concentrazione di anioni idrossido e che indica la forza delle basi. Tuttavia il pOH si usa raramente e si indicano anche le basi usando il pH, questo è possibile perché gli ioni idrossido e idronio in acqua sono sempre in equilibrio fra loro, infatti vale sempre la seguente regola: pH + pOH = 14, che si può usare per passare facilmente da pH a pOH e viceversa.

Questo è tutto per chimica, acidi e basi: abbiamo visto solo definizioni elementari e nei prossimi post approfondiremo i meccanismi studiati da questa affascinante Scienza e, perché no, anche un po’ della sua storia!