Come misurare il pH dell’acqua

Il pH – cioè il grado di acidità – è un parametro dell’acqua abbastanza importante. Perciò, occorre effettuare una misurazione del pH ogni volta che si vuole analizzare l’acqua, che sia quella del rubinetto o di una bottiglia di acqua minerale oppure quella di un torrente, di un fiume o di un lago. Ciò può essere fatto con strisce indicatrici o con un misuratore digitale.

Infatti, non solo il pH di un corpo idrico influenza gli organismi che vivono nell’acqua, ma ad esempio un pH variabile in un fiume può essere un indicatore di inquinamento crescente o di un altro fattore ambientale. L’inquinamento, infatti, può modificare il pH dell’acqua, che a sua volta può danneggiare gli animali e le piante che vivono nell’acqua, nonché gli esseri umani che la bevono.

Sebbene alti livelli di acidità o di alcalinità possano entrambi distruggere la vita, chi teme l’inquinamento è di solito più preoccupato per eventuali livelli elevati di acidità. L’acqua acida dannosa può essere causata, ad esempio, sia dalla pioggia acida – la quale favorisce la deposizione al suolo degli inquinanti atmosferici, fra cui quelli acidi – che dal drenaggio acido di acque reflue industriali o di miniere.

Il pH: unità di misura e importanza

Il pH è una misura di quanto l’acqua sia acida o basica. L’intervallo del pH va da 0 a 14: pH inferiori a 7 indicano acidità, un pH superiore a 7 indica una base, mentre un pH pari a 7 è neutro. Il pH è, in realtà, una misura della quantità relativa di idrogeno libero (ioni H⁺) e ioni ossidrili (OH^–) nell’acqua. L’acqua che ha più ioni di idrogeno liberi è acida, mentre l’acqua che ha più ioni idrossilici liberi è basica.

Dato che il pH può essere influenzato dalle sostanze chimiche presenti nell’acqua, il pH è un indicatore importante del fatto che l’acqua sta cambiando dal punto di vista chimico. Il pH è riportato in “unità logaritmiche”. Ogni unità rappresenta un cambiamento di 10 volte nell’acidità / basicità dell’acqua. L’acqua con un pH di 5, dunque, è dieci volte più acida rispetto all’acqua con un pH di 6.

La scala del pH con alcuni esempi comuni.

Il pH dell’acqua determina la solubilità di una sostanza (cioè la quantità che può essere dissolta nell’acqua) e la disponibilità biologica (quantità che può essere utilizzata dalla vita acquatica) di costituenti chimici come i nutrienti (fosforo, azoto e carbonio) ed i metalli pesanti (piombo, rame, cadmio, ecc.).

Pertanto, oltre a influenzare, ad esempio, quanto e quale forma di fosforo è più abbondante nell’acqua, il pH determina anche se la vita acquatica può usarlo, che è il significato della “disponibilità biologica”. Nel caso dei metalli pesanti, invece, il grado in cui sono solubili determina la loro tossicità. I metalli, infatti, tendono ad essere più tossici a pH dell’acqua più bassi perché sono più solubili.

Inoltre, pH eccessivamente alti e bassi possono essere dannosi per l’uso dell’acqua. Un pH elevato provoca un sapore amaro, i tubi dell’acqua e gli apparecchi che usano l’acqua si incrostano di depositi ed inoltre deprime l’efficacia della disinfezione del cloro, provocando così la necessità di cloro aggiuntivo. L’acqua con basso pH, invece, corroderà o dissolverà i metalli e altre sostanze.

Misurazione del pH con un indicatore

Qualsiasi cittadino può comprendere l’importanza della misura del pH e di monitorare l’acidità di laghi e corsi d’acqua, oltre che della pioggia e dell’acqua che beve. Nei Paesi attenti all’ambiente, come gli Stati Uniti, si effettuano centinaia di migliaia di campionature dell’acqua ogni anno. Molte misurazioni sono fatte proprio sul campo, e molte altre su campioni di acqua in laboratorio.

Anche il pH viene spesso misurato sia nel sito di campionamento che in laboratorio. Il modo più economico e grossolano per farlo è quello di utilizzare una cosiddetta “cartina al tornasole”: semplicemente, è una striscia di carta che, quando un campione di acqua viene lasciato a contatto con essa, vira verso un certo colore, dando una stima approssimativa del pH su una scala di colore.

In pratica, la cartina al tornasole – che può essere trovata facilmente nei negozi di articoli per animali domestici (per controllare il pH degli acquari), in farmacia oppure su Internet – si colora tanto più di rosa quanto più l’acqua è acida o tanto più di blu quanto più l’acqua è basica. Pertanto, confrontando la cartina con una tabella di colori, è facile leggere il grado di acidità o di alcalinità. Ovviamente, essa può venire usata per misurare il pH anche di altri liquidi, come ad es. sangue, latte, bibite, etc.

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In pratica, prendete il numero di strisce reattive che vi serviranno e rimettete il ​​tappo al loro contenitore. Immergete una striscia reattiva nel campione d’acqua e rimuovetela immediatamente. Non scuotete l’acqua in eccesso dalla striscia reattiva. Tenete la striscia fra le dita ancora per 15 secondi. Confrontate il suo colore con la tabella dei colori fornita con le strisce e registrate il risultato.

Se il colore sembra collocarsi tra due blocchi di colore contigui sul grafico della scala dei colori, stimate il risultato, che probabilmente è a metà strada tra i due colori: ad esempio, se il colore della striscia reattiva sembra essere tra 6 e 7, è possibile registrare il risultato del pH come 6,5.

Se analizziamo l’acqua di un fiume o di un lago, conviene misurare in loco anche la temperatura dell’acqua. Infatti, conoscerla è molto importante. La tossicità dell’ammoniaca, l’ossigeno disciolto e molti altri valori sono direttamente correlati alla temperatura dell’acqua. Quindi, se dimenticate di misurare la temperatura dell’acqua, potreste non essere in grado di calcolare altri parametri più tardi.

Si noti che la temperatura dell’acqua sarà solo debolmente correlata alla temperatura dell’aria. Naturalmente, le acque superficiali si raffreddano d’inverno e si riscaldano d’estate insieme alla temperatura dell’aria. Tuttavia, l’acqua cambia la temperatura più lentamente dell’aria, quindi è possibile avere aria calda e acqua fredda o viceversa, specialmente in primavera e in autunno.

La misurazione della temperatura va sempre eseguita direttamente nel sito, perché ovviamente una volta prelevato un campione inizierà il riscaldamento o il raffreddamento a seconda della temperatura dell’aria. Per questo motivo, se possibile, anche altri esami direttamente correlati alla temperatura (ossigeno disciolto, ammoniaca, etc.) dovrebbero venire eseguiti sul posto.

Misurazione del pH con un pH-metro

Il modo più preciso per misurare il pH dell’acqua è, tuttavia, quello di usare uno strumento elettronico apposito: il pH-metro, o “piaccametro”. Esistono modelli grandi e piccoli di pH-metri, da quelli portatili da usare sul campo ai più ingombranti e accurati, utilizzati in laboratorio. L’unica complicazione legata all’uso di un pH-metro è che bisogna calibrarlo prima di ogni utilizzo.

Infatti, un pH-metro  funziona, sostanzialmente, come un voltmetro: misura la tensione prodotta dalla soluzione di cui vogliamo misurare l’acidità, e la confronta con la tensione di una soluzione nota, ed utilizza la differenza di tensione tra le due per dedurre la differenza di pH. Dato però che la scala del pH è logaritmica, l’autocostruzione dello strumento è in genere sconsigliabile. Si trovano fra l’altro, su Internet, pH-metri adatti per le normali esigenze a prezzi assolutamente abbordabili.

Un tipico pH-metro ha due componenti di base: il misuratore stesso – che può essere un misuratore a bobina mobile (cioè con un puntatore che si muove contro una scala) o digitale (cioè con un display numerico) – e una o due sonde da inserire nella soluzione che si sta testando. Infatti, per far circolare l’elettricità attraverso qualcosa, devi creare un circuito elettrico completo.

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Quindi, per far fluire l’elettricità attraverso la soluzione di prova, devi inserire due elettrodi, o terminali elettrici. Se il pH-metro ha due sonde, allora ognuna è un elettrodo separato; se invece si dispone di una sola sonda, allora entrambi i due elettrodi sono incorporati al suo interno per semplicità e praticità. Ciò è preferibile, perché così la distanza fra i due elettrodi rimane costante.

Per misurare il pH, assicuratevi che la sonda per pH che si sta usando sia stata conservata in una soluzione di conservazione, o una soluzione a pH 4. Se non è così, immergete la sonda in acqua distillata per almeno 24 ore. Verificate poi che lo strumento sia impostato in modalità pH, e risciacquate la sonda del misuratore in acqua distillata. Scuotetela prima di inserirla in una tazza, o becker, di una soluzione tampone, cioè con un pH noto – ad esempio acqua pura con un pH neutro di 7,0 – per la calibrazione.

Lasciate che la sonda rimanga nella soluzione per almeno 30 secondi per consentire la stabilizzazione dello strumento nella misura, quindi regolate lo strumento in modo che rilevi pH 7. Risciacquate poi ancora una volta la sonda e quindi mettetela in una soluzione a pH 4, dando sempre il tempo di stabilizzarsi alla lettura dello strumento. Regolate di nuovo il pH-metro in modo che rilevi pH 4. Ora è calibrato.

Risciacquate nuovamente la sonda come si è fatto prima e rimuovete il liquido in eccesso. La sonda è ora pronta per essere posizionata nel liquido campione all’interno della tazza o becker. Dopo aver lasciato che la lettura del pH si stabilizzi come avete fatto prima, prendete la lettura del pH del campione. Conservate la sonda in una soluzione di conservazione o in una a pH 4 al termine della misurazione.

È importante notare che le misurazioni del pH effettuate in questo modo dipendono dalla temperatura. Alcuni pH-metri hanno termometri integrati e correggono automaticamente le proprie misurazioni del pH al variare della temperatura; quelli sono i migliori se è probabile che si verifichino fluttuazioni di temperatura mentre state facendo un certo numero di misurazioni diverse.

In alternativa, è possibile correggere la misurazione del pH autonomamente in una fase successiva, purché si misuri, oltre al pH, anche la temperatura del campione; oppure si può semplicemente effettuare la calibrazione dello strumento e le misurazioni del pH alla stessa temperatura. In ogni caso, è meglio effettuare la misurazione del pH direttamente in situ, appena raccolto il campione.

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Riferimenti bibliografici

• The pH of the water, http://www.fondriest.com/environmental-measurements/parameters/water-quality/ph/
• Water testing: temperature and pH, http://www.kansasriverscience.org/whats-water/temperature-ph
• How to use a pH-meter, https://www.hunker.com/12156946/how-to-use-a-ph-meter
• Water properties: pH, https://water.usgs.gov/edu/ph.html