Mentre in chimica esistono molte coppie redox, quando parliamo di acqua idrogenata e ORP abbiamo a che fare con una coppia redox specifica, la coppia redox H+/H2 4. In precedenza abbiamo mostrato l'equazione che può essere utilizzata per descrivere la reazione redox in cui due idrogeno gli ioni (2H+) accettano due elettroni (2e-) per formare una molecola di gas H2.
Ora nell'Equazione 3 puoi vedere le due specie che compongono la coppia redox. “H+” è la forma ossidata dell'idrogeno, che di per sé non contiene elettroni, e “H2” è la forma ridotta, che contiene due elettroni (vedere Figura 3). Poiché lo ione H+ è un singolo protone che non può donare elettroni, può solo agire come ossidante e accettare elettroni.
Al contrario, poiché la molecola H2 contiene due elettroni, può (nelle giuste condizioni) donarli e agire come agente riducente (o antiossidante). Successivamente vedremo come la presenza simultanea di gas H2 e ioni H+ nell'acqua crea un ORP negativo.
pH
Come vedremo più avanti, il pH dell’acqua idrogenata testata ha una forte influenza sulla misurazione dell’ORP. Pertanto, è importante comprendere alcuni concetti di base sul pH.
Gli ioni idrogeno sono la componente acida dell'acqua. Maggiore è la concentrazione di ioni H+, più acida è l’acqua. Il valore pH, che sta per “potenziale dell’idrogeno” (dal latino “potentia idrogenii”), è una misura della concentrazione di ioni idrogeno (H+) nell’acqua. Quando si considerano atomi, molecole, ioni, ecc. in termini quantitativi, i numeri possono diventare estremamente grandi o piccoli.
La scala del pH è stata quindi sviluppata come un modo conveniente per esprimere questi tipi di numeri in potenze di dieci (esponenti), piuttosto che utilizzare espressioni matematiche equivalenti (ma più ingombranti) come 1×10-7 o 0,0000001.
La scala del pH, che va da 0 a 14, è una scala logaritmica in cui la concentrazione di ioni H+ è espressa come potenza negativa di 10. L'equazione 4 è l'equazione per il calcolo del valore pH.
Poiché il pH è una funzione logaritmica, qualsiasi variazione del pH pari a 1 rappresenta una variazione di dieci volte nella concentrazione degli ioni idrogeno. Di conseguenza, cambiamenti molto ampi nella concentrazione di H+ sono espressi in potenze di dieci.
La presenza del segno meno davanti alla funzione “log” consente per comodità di esprimere il pH solo in numeri positivi, ma significa anche che aumenti di pH rappresentano diminuzioni di concentrazione (e viceversa).
Il nome “idrogeno” può riferirsi a uno dei quattro modi diversi:
1) H+, ione idrogeno positivo
2) H, atomo di idrogeno
3) H-, ione idrogeno negativo
4) H2, molecola di idrogeno/idrogeno molecolare
Il termine “pH” si riferisce sempre a H+, lo ione idrogeno positivo.
Un valore di pH pari a zero contiene quindi una concentrazione molto elevata di ioni H+, mentre un valore di pH pari a 14 ha una concentrazione di H+ molto bassa. Il “potenziale dell’idrogeno” viene spesso erroneamente definito “il potenziale dell’idrogeno gassoso”. Tuttavia, il pH non è associato al gas H2 disciolto.
L'aggiunta di gas H2 puro all'acqua (ad esempio attraverso il gorgogliamento) non modifica il pH dell'acqua. Tuttavia, alcuni processi per la produzione di acqua idrogenata possono aumentare indirettamente il pH dell’acqua.
Ad esempio, in uno ionizzatore di base, durante l'elettrolisi dell'acqua (che riduce gli ioni H+ in gas H2 al catodo), il pH dell'acqua aumenta. Tuttavia, l’aumento del pH non è causato dalla presenza di gas H2. Il vero motivo è il consumo di ioni H+ (acido) e l'aumento del contenuto di ioni OH- (base).
Recentemente sono state sviluppate nuove tecnologie per l’acqua idrogenata che mirano a massimizzare il contenuto di idrogeno disciolto producendo acqua con un pH vicino alla neutralità.
La tabella 2 mostra la relazione tra pH e concentrazione di ioni idrogeno. La concentrazione di ioni H+ determina se l'acqua è acida (sotto 7) o basica (sopra 7), dove 7 rappresenta un pH neutro. Questa tabella ci aiuta a vedere la relazione esponenziale (logaritmica) tra il pH e il numero effettivo (concentrazione) di ioni H+. Poiché lo ione H+ è una delle due specie della coppia redox, non sorprende che il pH dell'acqua abbia un'influenza diretta sulla misurazione dell'ORP. Nella prossima sezione introdurremo l'equazione di Nernst, uno strumento matematico che ci aiuterà a valutare questa influenza.
Estratto dal libro di Randy Sharpe: "La relazione tra H2 disciolto, pH e potenziale redox"
