I misuratori ORP possono misurare la concentrazione di idrogeno?

Concetti di base

ORP (Potenziale di Ossidazione-Riduzione): l’ORP è una misura della capacità di una soluzione di donare o accettare elettroni durante le reazioni chimiche. Si misura in millivolt (mV) ed è spesso usato per valutare la qualità dell’acqua, inclusa la sua purezza e le presunte proprietà antiossidanti. Tuttavia, l’ORP non può determinare con precisione la presenza di idrogeno nell’acqua. Vediamo perché.

Idrogeno: l’idrogeno è un elemento chimico con simbolo H. Nell’acqua può esistere come idrogeno molecolare (H₂) oppure come ioni idrogeno (H⁺).

Fraintendimento su ORP e benefici per la salute

Esiste l’errata convinzione che ridurre l’ORP, ad esempio nell’acqua alcalina ionizzata, sia benefico perché l’ORP diminuisce. Questo non è vero. Solo la presenza di idrogeno, non l’ORP, determina i benefici per la salute. Molti liquidi con ORP basso sono dannosi.

In genere questi liquidi contengono alte quantità di riducenti chimici o sostanze tossiche. Ecco alcuni esempi:

• Soluzioni esauste di galvanizzazione: usate nell’industria, contengono sostanze chimiche pericolose e possono essere tossiche.
• Acque reflue industriali: possono contenere vari agenti riducenti e componenti tossici.
• Antigelo (glicole etilenico): ha un ORP basso ma è estremamente tossico se ingerito.
• Soluzioni per incisione dei metalli: contengono sostanze chimiche che possono essere dannose.
• Alcuni prodotti chimici domestici: detergenti e solventi con forti riducenti chimici.

Il problema dell’uso dell’ORP per determinare l’idrogeno

Il problema è che l’ORP non fornisce informazioni dirette sulla presenza di idrogeno. L’ORP misura il potenziale redox complessivo dell’ambiente, che è influenzato da molti altri fattori e sostanze presenti nell’acqua. Ecco alcuni esempi:

• Ferro (Fe²⁺ e Fe³⁺):
  • Fe²⁺ può abbassare l’ORP perché è la forma ridotta del ferro.
  • Fe³⁺ può aumentare l’ORP perché è la forma ossidata del ferro.
• Ossigeno (O₂):
  • L’ossigeno, essendo un forte ossidante, aumenta l’ORP. L’ossigeno disciolto incrementa il potenziale redox dell’acqua.
• Sostanze organiche:
  • A seconda della loro natura, possono abbassare o aumentare l’ORP. Ad esempio, gli acidi umici spesso agiscono da riducenti e abbassano l’ORP.
• Manganese (Mn²⁺ e MnO₂):
  • Mn²⁺ può abbassare l’ORP perché è la forma ridotta del manganese.
  • MnO₂ (biossido di manganese) aumenta l’ORP perché è la forma ossidata del manganese.

Quindi, l’influenza sull’ORP dipende dalla natura ossidante o riducente di ciascuna sostanza:

• Ossidanti (Fe³⁺, O₂, Cl₂, MnO₂) aumentano l’ORP.
• Riducenti (Fe²⁺, alcune sostanze organiche, Mn²⁺) abbassano l’ORP.

Perché l’ORP non può indicare con precisione l’idrogeno

L’ORP è una caratteristica cumulativa di tutte le coppie redox presenti in soluzione. Questo rende impossibile determinare una sostanza specifica, come l’idrogeno, basandosi solo sul valore di ORP.

• Molte coppie redox: nell’acqua possono essere presenti contemporaneamente diverse coppie redox, come Fe²⁺/Fe³⁺, O₂/H₂O, Cl₂/Cl^-, che contribuiscono all’ORP complessivo. Ciò rende impossibile isolare il contributo di una singola coppia, come quella dell’idrogeno, senza considerare le altre.
• Influenza del pH: le variazioni di pH influenzano direttamente l’ORP. Ad esempio, una diminuzione del pH di una unità aumenta l’ORP dell’elettrodo a idrogeno di 59 mV a 25°C. Questa dipendenza dal pH complica ulteriormente l’isolamento dell’idrogeno.
• Complessità della misura: l’ORP viene misurato sulla superficie dell’elettrodo a contatto con la soluzione, e il potenziale rilevato è l’effetto cumulativo di tutte le interazioni presenti. Pertanto, anche se l’idrogeno è presente, il suo impatto sull’ORP totale può essere trascurabile rispetto ad altri componenti.

Conclusione

Determinare la presenza di idrogeno nell’acqua basandosi solo sull’ORP è impossibile a causa dei numerosi fattori che influenzano il potenziale redox. L’ORP misura il potenziale redox complessivo, che dipende da tutti gli ossidanti e riducenti presenti, dal pH e da altre condizioni. Per una determinazione accurata dell’idrogeno sono necessari metodi analitici specifici, come la cromatografia a gas o sensori specializzati.