Soluzione di un Acido

Ionizzazione dell’Acqua e pH
• In acqua pura o in soluzione acquosa, si ha sempre
il seguente equilibrio:
+ ⇄ + • L’acqua è una sostanza anfiprotica, cioè può sia donare
che accettare protoni (ioni H+).
• Costante di equilibrio per la reazione di autoprotolisi
dell’acqua (a 25 °C):
= = × Ionizzazione dell’Acqua e pH
Se ne deduce che, in acqua pura:
= = × è un operatore matematico che opera su
una funzione calcolandone il logaritmo negativo
in base 10: = −()
= − = = + = Soluzione di un Acido o di una Base in Acqua
+ ⇄ + =
= costante di dissociazione acida
= − = + ⇄ + =
= − = costante di idrolisi basica
= Coppia Coniugata Acido-Base
+ ⇄ + ; =
+ ⇄ + ; =
× =
×
× = = Coppia Coniugata Acido-Base
× = = + = = • inversamente proporzionale a .
• Un acido forte ha > 1 ( < 0).
• Un acido debole ha < 1 ( > 0).
• In una coppia coniugata acido-base, la forza dell’acido
è inversamente proporzionale alla forza della base.
Acidità e Basicità
Il Calcolo del pH: Soluzione di un Acido
+ ⇄ + Inizio:
Equilibrio:
#
0
# − $
$
+ $
( è [H3O+] = [OH-] derivante dalla autoprotolisi dell’acqua)
+ $ $
=
=
# − $
Il Calcolo del pH: Soluzione di un Acido
+ $ $
=
=
# − $
1) $ ≫ ⇒ + $ ≅ $
2) # ≫ $ ⇒ # − $ ≅ #
≅ $ =
#
Vero se:
×
$
< % ;
$
×
# $
< %
Grado di Dissociazione di un Acido
+ $ $
=
=
# − $
Si definisce grado di dissociazione:
$
*% =
× #
• Maggiore è la forza di un acido, maggiore sarà il suo grado di
dissociazione.
• Diluendo la soluzione di un acido debole il grado di
dissociazione aumenta.
Reazione tra un Acido e una Base
+ ⇄ + +,
=
+, ×
=
×
+,
=
×
×
+,
× =
Reazione tra un Acido e una Base
In tutti questi casi:
• Acido Forte vs. Base Forte
• Acido Forte vs. Base Debole
• Acido Debole vs. Base Forte
+,
× =
≫
La reazione è completamente spostata a destra!
+ ⟶ + Reazione tra un Acido e una Base
• Acido Devole vs. Base Debole
+, =
× ≫ se × ≫ La reazione è completamente spostata a destra!
+, =
× ≪ se × ≪ In questo ultimo caso si deve calcolare la +, ed eventualmente
applicare le procedure per risolvere un normale problema
di equilibrio chimico.
Soluzioni Tampone
• Se in una soluzione acquosa sono presenti
contemporaneamente:
un acido debole ed una sua base coniugata (HClO2 e ClO2-)
oppure
una base debole ed un suo acido coniugato (NH3 e NH4+)
allora si ha una soluzione tampone.
• Le soluzioni tampone hanno proprietà chimiche peculiari:
Il pH non varia al variare della diluizione.
Il pH tende a rimanere costante per piccole aggiunte
di acidi e basi forti.
Soluzioni Tampone
+ ⇄ + Inizio:
Equilibrio:
#
#
# − $
# +$
$
# +$
=
=$×
# − $
Soluzioni Tampone
# +$
=
=$×
# − $
Si assume che:
$ ≪ # , #
= #
×
#
#
= ×
#
#
= − #
Soluzioni Tampone
# + $
=
=$×
# −$
Si assume che:
$ ≪ # , #
#
×
#
=
#
= ×
#
#
= − #
Soluzioni Tampone
Esempio: Si calcoli il pH di una soluzione tampone 0,321 M acido
acetico (Ka = 1,8 x 10-5) e 0,281 M acetato di sodio.
#
, 1
= ×
= , 0 × ×
, 0
#
= , 23
Soluzioni Tampone
Nella soluzione tampone precedente, si aggiungano
6,25 x 10-3 moli di HCl.
L’aggiunta di acido forte genera una uguale quantità
di acido acetico, consumando una uguale quantità
di ione acetato, per cui:
4 + 2, 1 × 5
= ×
×
5
4 − 2, 1 × = , 2; ∆ = , In assenza di tampone il salto di pH sarebbe stato 4,8!
Soluzioni Tampone
Una soluzione tampone minimizza la variazione di pH per
aggiunta di piccole quantità di acidi o basi, anche forti, purché
in quantità piccole rispetto alle specie che costituiscono
la soluzione tampone stessa.
• La forza del tampone è massima quando: # = #
• In queste condizioni vale che: = • Per tamponare una soluzione ad un dato pH, si usa una coppia
acido/base tale per cui la = Soluzioni Tampone
• Si ha una soluzione tampone quando il rapporto fra le
concentrazioni stechiometriche dell’acido e della base è
compreso tra 0.1 e 10.
• Queste condizioni valgono quando:
− < < + Soluzioni Tampone
• Il pH del sangue è regolato attraverso un complesso
meccanismo omeostatico.
• Dal punto di vista chimico, ad esso concorrono principalmente
tre sistemi tampone:
8
H8 PO
+
H
O
⇄
HPO
+
H
O
8
<
;
;
H8 CO< + H8 O ⇄ HCO
< + H< O
proteina ⇄ H< O + ione proteinato
• Il valore normale del pH nel sangue arterioso è 7,41.
• A valori inferiori a 7,38 e superiori a 7,45, i patologi parlano
rispettivamente di acidosi e alcalosi.
• Valori di pH inferiori a 7 e superiori a 7,8 sono incompatibili
con la vita.
Soluzioni Tampone
Titolazione
• La titolazione è una operazione il cui
scopo è la determinazione del titolo
(concentrazione) di una soluzione.
• Consiste nell’aggiungere volumi noti
di una soluzione a concentrazione nota
di un titolante ad un volume noto di una
soluzione a concentrazione ignota.
• Il titolante deve reagire in modo rapido,
completo e con stechiometria ben
definita con la sostanza da titolare.
Titolazione
• A seconda del tipo di reazione ci
possono essere diversi tipi di titolazioni
(acido-base, ossido-riduzione,
complessometrica, precipitazione, ecc.).
• Nel caso delle titolazioni acido-base,
il titolante è costituito da acidi e basi
forti (HCl o NaOH).
• La sostanza da titolare può essere una
base o un acido qualsiasi.
Titolazione: Acido Forte Titolato con NaOH
• prima del punto equivalente il è determinato
dalla concentrazione di acido che non ha ancora reagito.
• al punto equivalente: = , • dopo il punto equivalente il è determinato
dall’eccesso di base.
Titolazione: Acido Debole Titolato con NaOH
pH=pKa
• Il pH iniziale è maggiore che nel caso dell’acido forte.
• Per concentrazioni confrontabili di HA e A- si ha una soluzione
tampone.
• Per [HA] = [A-] si ha pH = pKa
Titolazione: Acido Debole Titolato con NaOH
pH=pKa
Al punto equivalente tutto HA si è trasformato in A-; il pH del
punto equivalente è quindi determinato dalla reazione di
idrolisi della base coniugata in acqua (in questo caso pH > 7).
• Dopo il punto equivalente la situazione è analoga a quella di
un acido forte e il pH è determinato dall’eccesso di base forte.
•
Gli Indicatori Acido-Base
• Un indicatore è una sostanza (acido o base debole) che
cambia colore tra la sua forma acida e quella basica.
FGH + ⇄ FGH + • L’intervallo di viraggio (cambiamento di colore)
dell’indicatore si ricava considerando che:
FGH
= (I4J) ×
FGH
ed è compreso fra (I4J) / e × (I4J)
cioè (I4J) ± Gli Indicatori Acido-Base
Gli Indicatori Acido-Base
Gli Indicatori Acido-Base
Titolazione
(A) Nella beuta c’è una soluzione
di un acido a concentrazione
incognita con qualche goccia
di un indicatore di pH.
Titolazione
(B e C) Si fa scendere lentamente
dalla buretta la soluzione di base,
che reagisce con l’acido, ma il
colore della soluzione non cambia.
Titolazione
(D), il repentino passaggio
da un colore all’altro segnala
che siamo al pH di viraggio
e che tutto l’acido presente
ha reagito.
Titolatore Automatico