Il concetto di pH

 Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo

a cura di Rinaldo Cervellati

Piacca, ovvero pH, un fonema indicante acidità, noto al grande pubblico non soltanto per via della pubblicità di detergenti e cosmetici (“che rispettano il pH della pelle”, “saponi a pH neutro”, ecc.) ma anche per i referti delle analisi di sangue e urina, in ambito “gastronomico” (pH degli oli commestibili, dei vini, ecc.), e per molte altre questioni. Inoltre di pH si parla nei corsi di chimica elementare in tutte le scuole secondarie superiori e in molti casi anche in quelle del secondo ciclo dell’obbligo.

Chi introdusse il concetto di pH e la relativa scala di misura dell’acidità (e della basicità) in chimica? Fu il chimico danese Søren Peter Lauritz Sørensen nel 1909 mentre studiava l’effetto della concentrazione di acidi e basi sulla velocità dei processi enzimatici. Poiché egli usava soluzioni diluite di acidi e basi aveva a che fare con valori molto piccoli di concentrazione di H+ (o di OH), diciamo ad es. minori di 10−1. Propose quindi di usare per esprimere queste concentrazioni l’esponente, cambiato di segno, della potenza di 10, e lo chiamò esponente dello ione idrogeno, con simbolo PH. [1a][1]. Il lavoro fu pubblicato contemporaneamente in tre lingue, tedesco, francese e danese. Scrive Sørensen: Con l’esponente ione idrogeno (PH) di una soluzione si intende il reciproco del logaritmo decimale del valore della normalità della soluzione basata sugli ioni idrogeno. [1b]

Vediamo in breve la vita professionale di Sørensen:

 SPL_Sorensen

Nacque a Havrebjerg il 9 gennaio 1868 e dopo aver terminato la scuola superiore fu ammesso all’Università di Copenhagen, a 18 anni. L’intenzione era quella di studiare medicina, ma influenzato da S.M. Jorgensen[2], scelse infine chimica. Ancora studente ricevette due medaglie d’oro, la prima per un articolo sul concetto di radicale chimico, la seconda per una ricerca sui composti dello stronzio. Mentre studiava per il dottorato si occupò di geologia della Danimarca e lavorò come assistente chimico all’Istituto Politecnico Danese. Conseguì il dottorato nel 1899 discutendo una tesi sugli ossidi del cobalto, sicché i suoi interessi iniziali furono essenzialmente rivolti alla chimica inorganica e analitica. Ma nel 1901 Sørensen fu chiamato a succedere a Johann Kjeldhal[3] come direttore del Dipartimento di Chimica del Laboratorio Carlsberg di Copenhagen, dove rimase per il resto della sua vita. Kjeldhal aveva lavorato su problemi di interesse biochimico e Sørensen proseguì su questa linea di ricerca. I suoi studi riguardarono in particolare la sintesi di amminoacidi, la messa a punto di metodi analitici, gli effetti di acidi e basi sulla cinetica di reazioni enzimatiche e ricerche sulle proteine. Nei due primi temi Sørensen si impegnò nella sintesi degli amminoacidi ornitina, prolina, e arginina. Egli dimostrò, fra l’altro, che il metodo di Kjeldahl per la determinazione dell’azoto amminico aveva una valenza più generale di quella ipotizzata dal suo scopritore. Nel 1907 mise a punto una metodica analitica per titolare un amminoacido con idrossido di potassio in presenza di formaldeide, noto come SFT (Sørensen Formol Titration). Successivamente, il lavoro sugli effetti di soluzioni tampone diverse (borati, citrati, fosfati e glicina) sul comportamento di proteine e enzimi lo condusse a utilizzare il metodo elettrochimico potenziometrico per studiare l’andamento della concentrazione degli ioni idrogeno, utilizzando un elettrodo di misura all’idrogeno e un elettrodo al calomelano come riferimento [1a, p. 150]. Fu in questo lavoro, concretizzatosi nel lungo articolo del 1909, che Sørensen definì il pH e la relativa scala di acidità utilizzata oggi in tutti gli ambiti scientifici [2][4]. Sørensen propose anche una scala basata sui colori assunti da un’opportuna miscela di indicatori ai vari pH. Insieme alla moglie studiò le lipoproteine, i complessi del monossido di carbonio con l’emoglobina e fu il primo a ottenere l’albumina di uovo in forma cristallina. Ebbe numerosissimi allievi e molti visitatori stranieri nel suo gruppo di ricerca. Fu anche attivo in campo tecnologico con contributi nell’industria danese dei liquori, dei lieviti e degli esplosivi. Morì a Copenhagen il 12 febbraio 1939.

JohanKjeldahl_in_1883

Johann Kjeldhal

Va quindi sottolineato che la scala del pH è stato solo uno dei tanti successi di Søren Sørensen in una carriera dedicata all’applicazione dei classici metodi fisico-chimici al nuovo settore della biochimica. In particolare le sue ricerche su enzimi e proteine, per le quali l’invenzione della scala del pH è stata solo un miglioramento metodologico, furono fondamentali, fornendo le basi per i successivi studi su questi composti azotati. Si può infine concordare con E.J. Cohn che: “Con Sørensen la chimica fisica delle proteine passò dallo stadio dell’osservazione e della descrizione qualitativa dei fenomeni a quello della loro caratterizzazione quantitativa in termini di leggi e di costanti” [3].

[1] S.P.L. Sørensen, a) Enzymstudien. II: Mitteilung. Über die Messung und die Bedeutung der Wasserstoffionenkoncentration bei enzymatischen Prozessen”. Biochemische Zeitschrift, 190921, 131–304; b) Enzyme Studies II. The Measurement and Meaning of Hydrogen Ion Concentration in Enzymatic Processes, in: http://www.chemteam.info/Chem-History/Sorenson-article.html

[2] F. Sgambato, S. Prozzo, E. Sgambato, R. Sgambato, L. Milano, Il centenario del pH (1909-2009). Ma in medicina, è proprio indispensabile utilizzare i logaritmi negativi per misurare gli idrogenioni? Parte I, Italian Journal of Medicine 2011, 5, 147—155.

[3] E.J. Cohen, Søren Peter Lauritz Sørensen (1868-1939), J. Am. Chem. Soc., 1939, 61, 2573-74.

[1] Successivamente il simbolo divenne PH e infine l’attuale pH. Sull’esatto significato della lettera p ci sono ancora pareri discordanti, quello più accettato è potenziale. Nel 1924 fu riconosciuto che al posto della concentrazione di H+ si doveva usare l’attività.

[2] S.M. Jorgensen (1837-1914), chimico danese, è considerato uno dei fondatori della chimica dei composti di coordinazione. Noto per il suo dibattito con Alfred Werner, anche se le sue teorie si dimostrarono errate, ebbero comunque una certa influenza su quella di Werner. Diede fondamentali contributi alla chimica del platino e del rodio.

[3] Johan Gustav Christoffer Kjeldahl (1849 – 1900), chimico danese si occupò in particolare delle proteine contenute nei malti per la fabbricazione della birra. Noto per il metodo di determinazione quantitativa accurata dell’azoto con un apparecchio di sua invenzione chiamato ancora oggi apparecchio di Kjeldahl. La descrizione dell’apparecchio è stata riportata in un post su questo blog: https://ilblogdellasci.wordpress.com/2012/12/07/chi-gli-ha-dato-il-nome-kjeldahl/

[4] In questo lavoro gli autori (dell’UO Medicina Interna, Ospedale Fatebenefratelli, Benevento), ricordano il centenario del pH (cosa che non mi risulta noi chimici italiani abbiamo fatto) analizzando in dettaglio la versione francese dell’articolo di Sørensen, ma fanno una stravagante proposta, eliminare –log[H+] (pH) dalla medicina e dalla chimica per medici, sostituendola con i nEq (nanoequiv.) di H+, poiché vi sarebbe linearità fra questi e il pH nell’intervallo di acidità compatibile con la vita. I futuri medici capirebbero di più in termini di equivalenti che attraverso il logaritmo… ???

One thought on “Il concetto di pH

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