acido: sostanza che in soluzione acquosa libera ioni idrogeno H + H 2 SO 4 2H + + SO 4

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1 Equiliri ionici cido-se Definizione di Arrhenius: cido: sostnz che in soluzione cquos lier ioni idrogeno H + HA H + + A - Hl H + + l - HNO H + + NO - H SO 4 H + + SO 4 - se: sostnz che in soluzione cquos lier ioni idrossido OH - BOH B + + OH - NOH N + + OH - OH + + OH - Mg(OH) Mg + + OH - L definizione di Arrhenius è vlid solo qundo il solvente è H O Non spieg il comportmento d cido o se in cqu dei composti che non contengono H + o OH - : O, O, SO, NH

2 Definizione di Brönsted e Lowry cido: sostnz in grdo di donre un protone d un sostnz dett se se: sostnz in grdo di ccettre un protone d un sostnz dett se HA + B A - + BH + HF + H O F - + H O + Acido Bse Bse Acido NH + H O NH OH - Bse + Acido Acido Bse HOOH + NH HOO - + NH 4 + Acido Bse Bse Acido Bse che non contiene OH- Acido e se diversi dl solvente oppie coniugte

3 crtteristiche dell definizione di Brönsted e Lowry HA + B A - + BH + L definizione si può pplicre nche i solventi non cquosi l esistenz di un cido è legt l quell dell se e vicevers: l rezione vviene tr due coppie cido-se coniugte. Gli equiliri delle rezioni cido-se sono più o meno spostti d o s second dell forz dell cido e dll se. Tnto più forte è l cido tnto più deole è l su se coniugt Tnto più è deole l cido tnto più è forte l su se coniugt

4 Rezioni cido-se in cqu costnti di cidità o sicità: e qundo l cqu è il solvente AH + H O A - + H O + H O A eq HA H O [H O]= 55,5 è considert costnte e inglot nell n 1000 [ H O] 55, 5 V H O A HA B + H O BH + + OH - eq BH OH B H O BH OH B

5 Autoionizzzione dell cqu H O h comportmento nfotero H O + H O H O + + OH - Acido + Bse Acido coniugto + Bse coniugt L costnte di equilirio si chim costnte di utoionizzzione dell cqu (o prodotto ionico dell cqu): w è pri W 14 H O OH (5 ) [H O + ]=[OH - ] W 14 H O [H O ] [OH ] mol l

6 L opertore p è il logritmo negtivo di un numero (-log) Definimo ph (o poh) il logritmo negtivo dell concentrzione di H O + (o OH - ) H O OH HO OH H O OH ph log HO poh log OH W 14 H O OH (5 ) log W log HO log OH p W ph poh 14 7 mol l p 1 W log1, Soluzione neutr Soluzione cid 14 ph 7 ph 7 Soluzione sic (o lclin) ph 7

7 In ogni soluzione cquos è sempre vlido l equilirio di utoionizzzione: 14 H O OH 1 0 W. 10 ph poh 14 [H O + ] ph poh [OH - ] 1, , , , , , , , , , , ,010-1, , , ,0

8 Acido forte: trsferimento protonico completo (completmente dissocito) >>1 HA H + + A - HA + H O H O + + A - Hl HBr HI HlO 4 HNO H SO 4 (1 dissoc) Bse forte: trsferimento protonico completo (completmente dissocit) BOH B + + OH - B + H O BH + + OH - LiOH NOH OH

9 Acidi forti (>>1) Acidi di medi forz (0>>10 - ) Acidi deoli (10 - >>10-6 ) Acidi deolissimi (<10-6 ) Bsi forti (idrossidi) Bsi deoli: idrossidi e mmine (derivti dell mmonic)

10 Soluzioni cquose di cidi o si forti monoprotici: clcolo del ph In soluzione sono presenti i due equiliri: dell cido (1) e dell cqu () HA + H O H O + + A - (1) Stto inizile 0 0 Stto finle 0 H O + H O H O + + OH - () O HO H (1) O () H O H O H () Se l concentrzione dell cido HA è >10-6 possimo trscurre gli H O + provenienti dll rezione di utoionizzzione dell cqu () A >10-6 M H O ph log H O Esempio: clcolre il ph di un soluzione.0*10- M di Hl Hl + H O H O + + l - H O ph log H O log(.0*10 ) 1. 7

11 nlogmente per il clcolo del ph per un soluzione di se deole: B + H O BH + + OH - (1) H O + H O H O + + OH - () OH OH ( 1) OH () Se l concentrzione dell se è >10-6 possimo trscurre gli OH- provenienti dll rezione di utoionizzzione dell cqu poh log OH OH B >10-6 M ph = 14 - poh Esempio: clcolre il ph di un soluzione.0*10 - M di NOH NOH + H O N + + OH - + H O OH poh log OH log(.0*10 ) 1. 7 ph 14 poh

12 ) lcolre il ph dell soluzione ottenut dissolvendo moli di HNO in 0 ml di H O. HNO (l) + H O(l) H O + (q) + NO - (q) [H O + ] = = moli/v (L) = 0.04/0.0 = 0.17M ph = -log[h O + ] = -log 0.17 = 0.90 In un soluzione di cido forte concentrt (c A > 10-6 M) il contriuto dell utoionizzzione dell cqu può essere trscurto ) lcolre il ph dell soluzione ottenut dissolvendo moli di HNO in 1.00 litro di H O. L equilirio in soluzione è quello di utoionizzzione: il qule viene influenzto d H O + generto dll cido forte. HNO (l) + H O(l) H O + (q) + NO - (q) H O + H O H O + + OH - inizile finle W = = [H O+][OH-]=( ) = (c+) = + c = 0 =-10-8 ( )/ = M ph = log ( ) = 6.98 Se vessimo trscurto l utoionizzzione dell cqu: [H O + ] = M cioè ph = 8. L soluzione di un cido forte sree risultt sic, il che sree ssurdo!!

13 Soluzioni cquose di cidi o si deoli monoprotici :,, < 10 - Stto inizile HA + H O H O + + A - Stto finle - ignorimo l utoionizzzione dell cqu: relzioni vlide per concentrzioni A >10-6 [HO ][A [HA] ] Se < 10 - e > 10 - M possimo trscurre denomintore H O se non si può pprossimre doimo risolvere un equzione di grdo 0 H O 4

14 Anlogmente per un se deole: Stto inizile B + H O BH + + OH - Stto finle - BH OH B relzioni vlide per concentrzioni B non eccessivmente piccole, tli che si lecito ignorre l utoionizzzione dell cqu. >10 - M <10 - OH se non si può pprossimre doimo risolvere un equzione di grdo 0 OH 4

15 Esercizio: lcolre il ph di un soluzione 0.10 M di cido deole HA e l concentrzione di HA indissocito ( =1,410-5 ). [H O ] [HA] [A - ] 1, ,10-1, ,10 < 10 - c A > 10 - [H 5 - O ] 1, ,18 10 L concentrzione ll equilirio di HA indissocito è: [HA] eq = 0.10 = 0, = 0,098 0,10 M ph = -log(1, )=,98 Senz pprossimzione, risolvendo l equzione di grdo vremmo ottenuto: 5 6 1,4 10 (0.10 ) ,4 10 1,4 10 1, 1, ( 1, ) 4( 1, ) 1176, 10 ph = -log(1, ) =.9 L pprossimzione comport un errore del 0.07%

16 Esercizio: lcolre il ph di un soluzione 0,50 M di metilmmin H NH ( =4,10-4 ). H NH (q) + H O(l) H NH + (q) + OH - (q) onc. inizili 0, (10-7 ) onc. equilirio 0,50- - [H NH ] [OH ] [H NH ] 4, 10 0,50-0,50-4 Se > [OH ] -4 (4, 10 ) ,47 10 poh = -log( )=1,8 ph = 14-pOH=14-1,8 = 1,7

17 Relzione tr le costnti di equilirio A e B di un coppi coniugt: AH e A - HA + H O H O + + A - HO A HA A - + H O OH - + HA OH HA A [ HO ][ A [ HA] ] [ HA][ OH [ A ] ] [ H O ][ OH ] W W relzione tr le costnti cide e siche di un coppi cido- se coniugt W W

18 Soluzioni cquose di cidi o si forti poliprotici: clcolo del ph Gli cidi poliprotici e le si poliprotiche possono lierre più di un H + o di un OH - : H A + H O H O + + A - Stto inizile Stto finle >10-6 M H O B(OH) B + + OH - Stto inizile Stto finle >10-6 M OH

19 Forz di un cido poliprotico deole: H AsO 4 + H O H AsO 4- + H O + H AsO H O HAsO H O + HAsO H O AsO H O + H O H AsO H AsO4 H O HAsO4 H AsO4 H O HAsO4 H AsO cidità H AsO 4 > cidità H AsO 4- > cidità HAsO 4 - L forz di un cido poliprotico e dei suoi nioni diminuisce con l umentre dell cric negtiv sull molecol: 1 >> >> In generle il ph può essere clcolto prendendo in considerzione solo gli ioni H O + prodotti nell prim ionizzzione

20 Un cso prticolre: cido solforico (1 dissocizione forte, dissocizione medi forz) H SO 4 + H O HSO H O + 1 >> 1 HSO H O SO H O + = Se l soluzione è diluit ( <10 - ) H SO 4 si può considerre come un cido forte diprotico. lcolo del ph di un soluzione concentrt di H SO 4 0,150 M: H SO 4 + H O H O + + HSO - 4 Stto inizile Stto finle HSO H O H O + + SO 4 - = 0,150 M ph = -log 0,150 = 0,8 Stto inizile Stto finle - + [H O ][SO 4 ] ( ) (0,150 ) 1, 10 [HSO 4 ] 0150, 016 1,810, Risolvendo si ottiene l rdice positiv X = 1,010-0 [H O + ] = + = 0, ,010 - = 0,160 M ph = -log 0,160 = 0,80 Non considerre l dissocizione f commettere un errore di ph pri 0.0.

21 Soluzioni tmpone Un soluzione contenente quntità circ uguli di un cido deole HA e dell su se coniugt A -, o un se deole B e il suo cido coniugto BH se cido 10 è molto resistente lle vrizioni di ph dovute ll ggiunt di un cido forte o di un se forte h un ph vicino l p dell cido deole (o l p dell se deole) Es: soluzione di cido deole HA e suo sle di sodio NA ( NA N + + A - ) meccnismo: l miscel può regire si con un se forte o si con un cido forte AH (q) + OH - A - (q) + H O A - (q) + H + HA (q) Queste rezioni consumno gli ioni OH - o H + ggiunti mntenendo il ph costnte.

22 Meccnismo di funzionmento di un tmpone N - / HN 1) Se ggiungimo un cido forte gli ioni H O + regiscono con l se N - secondo l rezione di neutrlizzzione cido-se quntittiv: 1 1 N - + H O HN + H O tutti gli ioni H O + ggiunti vengono consumti: il ph vri poco (diminuisce per l umento di HN). ) Se ggiungimo un se forte gli ioni OH - regiscono con HN per dre N - : ( HN) 10 HN + OH - N - + H O ( N) 5 tutti gli ioni OH - ggiunti vengono consumti: il ph vri poco (ument per l umento di N-).

23 Soluzioni tmpone: clcolo del ph Acido deole HA + se coniugt A - HA (q) + H O A - (q) + H O + Stto inizile Stto finle - + A H O HA H O A HA se è grnde concentrzione di se A- (ggiunt come sle) l equilirio è fortemente spostto sinistr, è molto piccolo e può essere trscurto. H O H O log H log A log ph p log Invertimo le concentrzioni per vere il segno + dvnti l log Equzione di Henderson-Hssellch

24 Bse deole B + cido coniugto BH + (ggiunto come sle soluile). Si cre l equilirio: B (q) + H O BH + (q)+ OH - Stto inizile Stto finle - + BH OH B OH B BH OH OH log OH log log poh p log Equzione di Henderson-Hssellch

25 Scelt di un sistem tmpone Essendo cido e se coniugt presenti in quntità circ uguli: cido H O se H O ph p È possiile preprre soluzioni tmpone determinti vlori di ph [NH 4+ ]/[NH ] A = 5.6 *10-9 p = 9.5 ph 9.5 [H OOH]/[H OO - ] A = 1.8 *10-5 p = 4.74 ph 4.75 È possiile modificre leggermente questo vlore con piccole vrizioni delle concentrzioni dell coppi cido se. L soluzione h potere tmponnte per rpporto di concentrzione dei componenti compreso tr 10 e 0.1: 1 10 se cido 10 ph ph p log10 p log0. 1 p p 1 1 Il ph dell soluzione tmpone h vlori compresi tr: ph p 1

26 Preprre un soluzione con potere tmpone d un prticolre ph 1) scegliere coppi cido-se coniugt con p ph voluto, ) ggiustre il corretto rpporto tr [se] e [cido] in modo che p +log[se]/[cido] di il vlore di ph voluto

27 Proprietà cido se delle soluzioni sline I sli (solidi ionici cristllini) in cqu sono dissociti in ioni che possono mnifestre proprietà cide o siche. Nl N + + l - N + + H O NOH + H + l - + H O Hl + OH - Acido coniugto di un se forte = cido molto deole Bse coniugt di un cido forte = se molto deole H O (q) H + (q) + OH - (q) unic rezione in soluzione ph=7 non regiscono con H O O + + O - Acido coniugto di un se forte = cido molto deole Bse coniugt di un cido deole = se forte + + H O OH + H + O - + H O HO - + OH - HO - + H O H O - + OH - non regisce con H O regiscono con H O ph>7

28 Il sle XA si dissoci completmente in soluzione: XA X + + A - X + è un ctione che non regisce con H O A - è un nione che regisce con H O (se coniugt di un cido deole) XA = NlO, lo, H OON (cetto di sodio), HOON (formito di sodio) H OO, NN..etc. L nione regisce con H O generndo l cido coniugto (si comport d se): [ OH ] HA A - + H O HA + OH - W [ A ( A ) ( HA) onoscendo (HA) dell cido si può ricvre (A-) dell su se coniugt e di conseguenz clcolre [OH - ] come per un se deole ] OH

29 Il sle BHY si dissoci completmente in soluzione: BHY BH + + Y - BH+ è un ctione che regisce con H O (cido coniugto di un se deole) Y - nione che non regisce con H O BHY = NH 4 l, NH 4 NO Il ctione regisce con H O generndo l se coniugt (si comport d cido): BH + + H O B + H O + B [ H O [ BH ] W ( BH ) ( B) ] onoscendo (B) dell se B si può ricvre (BH+) del suo cido coniugto e di conseguenz clcolre [H O + ] come per un cido deole H O

30 Può verificrsi che entrmi gli ioni provenienti dll dissocizione del sle mnifestino proprietà cide e siche BHA = H OONH 4, NH 4 lo Due equiliri cido se coesistenti A - + H O HA + OH - BH + + H O B + H O + (BH ) [ OH ] HA [ A ( A ) ] [B][HO [BH ] ] W ( HA) W (B) L soluzione srà sic se è mggiore l costnte sic, l soluzione srà cid se è mmggiore l costnte sic. se > : soluz cid se > : soluz sic

31 Esempio: clcolre il ph di un soluzione 0,050M himic di NHGenerle e Inorgnic 4 l spendo che per NH =1,810-5 Il cloruro d mmonio si dissoci [NH 4+ ] = [NH 4 l] = 0,050 M H O NH 4 l(s) NH 4+ (q) + l - (q) NH 4 + (q) + H O (l) NH (q) + H O + (q) conc. inizile ~0 conc. equilirio w [NH ][H O ] 5.6 [NH ] Poiché 10 - e 10 - : ( ) ph lo g ( ) 5. ph <7 IDROLISI AIDA

32 Esempio: lcolre il ph di un soluzione M di N, spendo che HN h =4, [N - ] = [N] = 0,05 M N - (q) + H O(l) HN(q) + OH - (q) [HN][OH [N ] ] 14 w 1,0 10, ,9 10, < 10 - c > 10 - po H ( ) [OH log(1,0 10 ),0 ph ph >7 idrolisi sic ]

33 Esercizio: Il icronto di sodio in H O d un soluzione cid o sic? Per l cido cronico 1 = e = Il icronto di sodio NHO si dissoci completmente in N + e HO - HO - prtecip i seguenti equiliri: HO - + H O O - + H O + comportm. cido = HO - + H O H O + OH - comportm. sico 1 1 = W / 1 =10 14 / =.10-8 Poiché 1 >> prevle l second rezione, quindi l soluzione è sic.

34 Esempio: lcolre il ph di un soluzione tmpone che contiene NH 0.10M e NH 4 l 0.0M spendo che per NH è = NH 4 l(s) NH 4+ (q) + l - (q) [NH 4+ ]= 0.0M [NH 4+ ]/[NH ]=0.0/0.10 < 10 soluzione tmpone il d introdurre nell equzione per il clcolo del ph è il dell se NH NH (q) + H O(l) NH 4+ + OH - (q) dove è l costnte di ionizzzione sic di NH. poh poh p p B B log 8.95 log log [cido] [se] [NH 4] [NH ] log(1, ) log

35 Esempio: lcolre il rpporto fr l concentrzione di cido cetico e di ione cetto necessri per preprre un soluzione tmpone con ph 4,90. Il p dell cido cetico è 4,74. Applicndo l equzione di Henderson-Hsselch si h: ph [ s e ] p [H O O ] lo g 4,9 4,74 log [ cido ] [H O O H ] [H log [H OO ] OOH] 4,90 4,74 [H OO ] 0, ,45 [H OOH] 0,16 [ H O O ] 1,45[ H O O H ] Ad esempio se in un litro di soluzione mettimo 1,0 moli di cido cetico, doimo ggiungere 1,44 moli di cetto di sodio

36 Titolzioni cido-se Titolzione: Procedimento nlitico che consente di determinre l concentrzione (titolo) di un soluzione ggiungendo grdulmente d ess un ltr soluzione concentrzione not. Gli cidi si dissocino in cqu formndo H O + Le si si dissocino in cqu formndo OH - Tr H O + e OH - vviene l rezione di neutrlizzzione H O + + OH - H O ( W ) -1 = Qundo tutto l cido regisce con tutt l se si h un rezione di neutrlizzzione totle. L soluzione diviene neutr ph= 7. Al punto di EQUIVALENZA: n HO +=n OH - e quindi V HO+ M HO += V OH -M OH -

37 Esercizio: lcolre il ph di un soluzione ottenut mescolndo 15 ml di un soluzione di Hl 0.1 M e 15 ml di un soluzione di (OH) 0,05 M : V f =(15+15)ml = 0 ml [H O + ]= n Hl /V = 0,1 M*15 ml/0 ml = 0.05 M [OH - ]= *n (OH) /V = *0,05 M*15 ml/0 ml = 0.05 M Rezione in form molecolre: Hl + (OH) l + H O In form nett: H O + (q) + OH - (q) H O(l) ( W ) -1 = Gli H O+ dell cido e gli OH- dell se sono completmente consumti: il ph è determinto solo dll equilirio di utoionizzzione: H O(l) H O + (q) + OH - (q) ph = 7

38 Esempio: lcolre il ph di un soluzione cquos ottenut mescolndo 40,0 g di (OH) con 40,0 g di HBr per un volume di soluzione pri 1700 ml. n n (OH) HBr n H 40,0 g mol 74,1g/mol 40,0 g 0,494 mol 80,9 g/mol O H O+ è in difetto e regirà completmente con OH - : Rezione in form molecolre: HBr + (OH) Br + H O in form ionic: H O + + OH - H O in rez (0.49) fine (0.49) Le moli di OH - residue determinno il ph n OH_ = 0,59 mol [OH - ] 0,59 mol 1,700 L n - OH 0,5 poh=-log 0,5=0,46 e quindi ph=14-0,46=1,5 M * mol

39 Esempio: lcolre qunti ml di NOH 0,10 M sono necessri per neutrlizzre 15.0 ml di H PO 4 0,10 M Rezione molecolre: H PO 4 + NOH N PO 4 + H O in form ionic: H O + + OH - H O n HO + = n OH - le moli di H O + sono tre volte le moli di H PO 4 n HPO4 = n NOH V HPO4 M HPO4 = V NOH M NOH V NOH = V HPO4 M HPO4 /M NOH V NOH = ( ) / 0.10 = L

40 Influenz del ph sull soluilità dei sli l soluilità degli idrossidi poco soluili può essere influenzt dl ph dell soluzione poiché l concentrzione dell idrossido compre nel ps: r(oh) r + + OH - ps=[r + ][OH - ] = s (s) Mg(OH) Mg + + OH - ps=[mg + ][OH - ] = s (s)

41 Esercizio : lcolre l soluilità molre di Hg l in un soluzione di Hl ph=,0 (ps= 1, ) Hl H O + + l - [H O + ] =[l - ] = 10 -ph = 10 -,0 = Il vlore di ph ci permette di clcolre l concentrzione del cloruro in soluzione In cqu pur: Hg l Hg + + l - ps= [Hg + ][l - ] = s (s) 4s s = ps/4 = Nell soluzione contenente cido cloridrico: ps= [Hg + ][l - ] = s (s ) s ( ) ps= s ( ) s = ps/( ) = 1, / = M

42 Esercizio: lcolre l soluilità molre di r(oh) in un soluzione tmpont ph=4,74 (ps= 1, ) r(oh) r + + OH - ps= [r + ][OH - ] = s (s) Nell soluzione tmpont l concentrzione di OH - non può cmire per ggiunte di cidi o si ed è pri : [OH - ] = 10 -poh = 10 -( ) = =5, M ps= [r + ][OH - ] = s [OH - ] s = ps/[oh] = 1, /( ) = 5,610 - M