Approfondimenti di Chimica e Biologia: pH, pOH, soluzioni tampone

PON C4 "LE SCIENZE IN … GARA!"
Approfondimenti di Chimica e Biologia:
pH, pOH, soluzioni tampone, acidi monoprotici e poliprotici,
acido acetico, acetati, ammine, ammidi.
prof. Ciro Formica
Calcolo della concentrazione di H+ e OH- di acidi e basi poliprotiche (che liberano più di un H+ e OH-)
Es. 1
H2SO4(aq)
concentraz. 0,005M (5*10-3 M)
Calcola H+ e pH
L’acido solforico è molto forte e all’equilibrio risulterà interamente ionizzato (è un composto polare):
H2SO4(aq)
↔
2H+
+
SO42-
inizio
5*10-3 M
0
0
equilibrio
0
2*5*10-3 M = 10-2 M
5*10-3 M
Es. 2
pH =
-log 10 -2 = -log 0,01 = 2
Ca(OH)2(aq)
concentrazione 0,001M (10-3
M)
Calcola OH-, pOH e pH
L'idrossido di calcio è una base molto forte e all’equilibrio risulterà interamente dissociata:
Ca(OH)2(aq)
↔
Ca2+
+
2OH-
inizio
10-3 M
0
0
equilibrio
0
10-3 M
2*10-3 M
pOH = -log(2*10-3) = 2,70
ATTENZIONE!
pH = 14-pOH = 11,30
Negli acidi e le basi poliprotiche -che liberano più H+ e OH- - si moltiplicano le moli per il numero di H+ e OH-
Calcolo della concentrazione di H+ o OH- di acidi/basi forti di cui sia noto il pH
Es. 3
NaOH(aq)
calcola la massa di NaOH
contenuta in 250 mL di una
soluzione a pH=12
[H+]=10-pH = 10-12
[OH-]=Kw/[H+]
[OH-]=10-14/10-12=10-2
NaOH(aq)
↔
Na+
+
OH-
inizio
10-2 M
0
0
equilibrio
0
10-2 M
10-2 M
250 mL=0,25L
n=0,25*0,01=0,0025 mol
m=mol*MM
m=0,0025*40= 0,1g
Calcolo del pH o pOH di una soluzione tampone
Calcolo del pH di una soluzione tampone ottenuta
mescolando 75 mL CH3COOH 0,01 M+ 25 mL NaOH
Es. 4
0,01 M. Ka = 1,8*10-5
reazione:
idrolisi del sale:
CH3COOH + NaOH
↔
CH3COONa
CH3COONa
+
↔
H2O
CH3COO-
+
H+
Il tampone è formato da un acido debole (CH 3COOH) e un suo sale di base forte, l'acetato di sodio CH 3COONa. Poiché
l'acetato di sodio si idrolizza completamente, la sua concentrazione Cs è identica a quella dell'anione acetato CH 3COOcalcolo volumi: 75 mL = 0,075 L; 25 mL = 0,025 L. Vtot=0,1
L
moli CH3COOH iniziali= 0.01•0.075= 7,5•10 -4
moli CH3COONa formate= 0.01•0.025= 2,5•10 -4
moli CH3COOH che non hanno reagito= 7,5-2,5=5•10 -4
CH3COONa
↔
CH3COO-
+
H+
l'acetato di sodio si dissocia liberando anioni acetato, la cui concentrazione
corrisponde a quella del sale di provenienza (Cs) = 2,5•10-4
CH3COOH
↔
CH3COO-
+
H+
l'acido etanoico (acetico) si ionizza (è polare) liberando solo un catione H + poiché è
un acido MONOPROTICO
[CH3COOH] = 5•10-4/0,1 = 5•10-3 = 0,005 M → Ca
[CH3COO-] = 2,5•10-4/0,1 = 2,5•10-3 = 0,0025 M → Cs
Dalla eq. Di HendersonHasselbalch si ricava:
pH = pKa + log Cs/Ca
Si noti che se Cs=Ca, il
rapporto Cs/Ca=1; log1=0
quindi pH = pK
dove pKa = -log (1,8*10-5) = 4,75
pH = 4,75+ log 0,0025/0,005 = 4,45
Calcolo del pOH di una soluzione tampone ottenuta
mescolando 100 mL NH3 0,001 M+ 150 mL NH4Cl 0,001
Es. 5
M. Kb = 1,8*10-5
NH3 + H2O
↔
NH4OH
base debole
Il tampone è formato da una base debole (NH 4OH) e un suo sale di acido forte (NH4Cl). Poiché il cloruro d'ammonio
NH4Cl si idrolizza completamente la sua concentrazione Cs sarà identica a quella del catione ammonio NH 4+
calcolo volumi: 100 mL = 0,1 L; 150 mL = 0,15 L. Vtot=0,25
L
moli NH4OH= 0.1•0.001= 1•10-4
NH4Cl
↔
NH4+ +
Cl-
il cloruro di ammonio si dissocia liberando cationi ammonio, la cui concentrazione
corrisponde a quella del sale di provenienza Cs = 0,0006 = 6•10 -4
moli NH4Cl= 0.15•0.001= 1,5•10-4
[NH4OH] = 1•10-4/0,25 = 0,0004 M → Cb
[NH4+]= 1,5•10-4/0,25 = 0,0006 M → Cs
Dalla eq. Di HendersonHasselbalch si ricava:
pOH = pKb + log Cs/Cb
Si noti che se Cs=Cb, il
rapporto Cs/Cb=1; log1=0
quindi pH = pK
dove pKb = -log (1,8*10-5) = 4,75
pOH = 4,75+ log 0,0006/0,0004 =
4,92
pH = 14-4,92 = 9,07
Approfondimenti di chimica organica e biochimica
CH3COOH
↔
CH3COO-
+
H+
l'acido etanoico (acetico) si ionizza (è polare) liberando solo un catione H + poiché è un acido MONOPROTICO
CH3COOH
+
CH3CH2NH2
→
CH3-CO-NH2
+
CH3CH2-OH
Dalla reazione tra acido etanoico (acetico) e un'ammina (etanammina) si forma un'AMMIDE (etanammide o
acetammide) il cui gruppo funzionale è evidenziato in rosso, e un alcol (etanolo)
AMMIDI: la struttura di questa classe di composti organici deriva da quella degli acidi carbossilici in cui, al posto dell’
OH del gruppo carbossilico, è legato un gruppo -N-H 2 (ammidi primarie): R-CO-NH2. Ammidi secondarie: R-CO-NHR,
terziarie: R-CO-NR2.
AMMIDI: l'UREA è una particolare ammide: NH2-CO-NH2: è dotata di 2 gruppi amminici
primarie: R-NH2
secondarie: R-NH-R'
terziarie: R-N(R')-R"
ammonio
quaternario:
R4-N+
AMMINE: questa classe di composti organici deriva principalmente dalla reazione tra un alogenuro alchilico (o
aromatico) e l'ammoniaca NH3 : CH3-Cl + NH3 --> CH3-NH2 + HCl
proprietà delle AMMINE: aono in massima parte dovute al doppietto elettronico dell'azoto (electron pair) non
condiviso:
1- solubilità in acqua
formano legami a idrogeno
2- basicità: in acqua
liberano OH-
R-NH2 + H2O --> R-NH3+ + OH-
3- punto di ebollizione più
alto dei corrispondenti
alcani ma più basso degli
alcoli
4- proprietà nucleofile
formano legami a idrogeno
l'electron pair (doppietto di
non legame) si rende
disponibile per altri composti
La basicità decresce dalle terziarie (le più
alcaline) alle secondarie alle primarie
all'ammoniaca
Sono ammine numerosi
composti dotati di attività
biologica:
DOPAMINA, ADRENALINA,
SEROTONINA ecc.