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1 Esercitazione 8 Misura del ph Soluzioni tampone Gli equilibri acido-base: Ka, Kb HA + H 2 O! H 3 O + + A - Ka = [H 3 O+ ][A - ] [HA] A - + H 2 O! OH - + HA Kb = [OH- ][HA] [A - ] Ka Kb = [ H 3 O + ] [ OH - ] = Kw = 1, L autoprotolisi dell acqua Il prodotto della [OH - ] per [H 3 O + ] in una qualunque soluzione acquosa è costante a temperatura costante Esso corrisponde alla costante dell'equilibrio di autoprotolisi dell H 2 O, che a 25 C è uguale a 1, H 2 O + H 2 O! H 3 O + + OH - K w = [ H 3 O + ] [ OH - ] = 1,0 x

2 Il ph e la sua scala ph = -log [H 3 O + ] poh = -log [OH - ] ph + poh = pkw = 14 Soluzioni basiche ph basicità crescente Soluzioni acide acidità crescente poh Il calcolo del ph: acidi forti Calcolare il ph di una soluzione 0,10 M di HCl HCl è un acido forte con K a > 1 quindi in H 2 O è completamente dissociato [H 3 O + ] derivante dall acido = [HCl] = 0,10 M ph = -log 0,10 = 1 Il ph risultante è acido Il calcolo del ph: acidi deboli Calcolare il ph di una soluzione 0,10 M di CH 3 COOH CH 3 COOH è un acido debole con Ka = 1,8 10-5, quindi in H 2 O non si dissocia completamente La concentrazione di H 3 O + derivante dalla sua dissociazione si ricava dal valore di Ka [H Ka = 3 O + ][CH 3 COO - ] = 1, [CH 3 COOH] Risolvendo l eq di II x = 1, ph = 2,9 2

3 Il calcolo del ph: basi deboli Calcolare il ph di una soluzione 0,10 M di CH 3 COONa Il CH 3 COONa in soluzione si dissocia in CH 3 COO - e Na + Il CH 3 COO - è una base debole, che in acqua si idrolizza CH 3 COO - + H 2 O! CH 3 COOH + OH - Kb=Kw/Ka = 1, = [CH [OH - 3 COOH] ] 1, [CH 3 COO - ] Se x sono le mol che si idrolizzano, per 1 dm 3, K b = x 2 /(0,10 - x) trascurando x al denominatore, si ha x = [OH - ] = 7, poh = 5,1 e ph = 8,9 Le soluzioni tampone Se in una soluzione acquosa sono presenti un acido ed la sua base coniugata, tipo CH 3 COOH e CH 3 COO -, e il rapporto fra le loro concentrazioni stechiometriche è compreso tra 0,1 e 10 si ha una soluzione tampone Le soluzioni tampone hanno proprietà chimiche particolari: Il ph non varia al variare della diluizione Il ph tende a rimanere costante per piccole aggiunte di acidi e basi forti Il ph di una soluzione tampone CH 3 COOH + H 2 O! CH 3 COO - + H 3 O + Ka = [ CH 3 COO- ][ H 3 O + ] [ CH 3 COOH ] [ H 3 O + ] = Ka [CH 3 COOH] [CH 3 COO - ] [CH ph = pka - log 3 COOH] [CH 3 COO - ] Se le concentrazioni delle due specie CH 3 COOH e CH 3 COO - sono uguali, ph = pka 3

4 Il calcolo del ph: soluzioni tampone Calcolare il ph di una soluzione 0,321 M di CH 3 COOH e 0,281 M di CH 3 COO - Calcoliamo il rapporto tra le concentrazioni: 0,321/0,281= 1,14 Soluzione tampone! [ CH [ H 3 O + ] = K 3 COOH ] a = 1, [ CH 3 COO - ] 0,321 0,281 = 2, ph = 4,69 Effetto tampone Il ph di una soluzione tampone varia poco per aggiunte di acidi e basi, purché in quantità piccole rispetto a quelle delle specie che costituiscono la soluzione tampone Calcolare la variazione di ph che si verifica per aggiunta di 6, mol di HCl alla soluzione tampone dell esempio precedente L aggiunta sposta a dx la reazione CH 3 COO - + H 3 O +! CH 3 COOH + H 2 O con aumento di [CH 3 COOH] e diminuzione di [CH 3 COO - ] [H 3 O + ] = 1,8 x 10-5 (0, , ) = 2, (0,281 6, ) ph = 4,67 L effetto di un analoga aggiunta di HCl in H 2 O è di portare il ph a 2,2 Alcune coppie tampone Coppia HA/A - CH 3 COOH/CH 3 COO - H 2 CO 3 /HCO - 3 H 2 S/HS - H 2 PO 4- /HPO 2-4 NH 4+ /NH 3 K a 1,8 x ,3 x ,1 x ,2 x ,6 x Intervallo di ph 3,75 5,75 5,37 7,37 6,04 8,04 6,21 8,21 8,25 10,25 4

5 Acidi e basi forti Prima del punto equivalente il ph è determinato dalla concentrazione di acido che non ha ancora reagito Al punto equivalente il ph = 7,0 Dopo il punto equivalente il ph è determinato dalla concentrazione dell eccesso di base Acido debole (CH 3 COOH) + base forte Il ph iniziale è > che nel caso dell acido forte Per concentrazioni confrontabili di CH 3 COOH e CH 3 COO - si ha una soluzione tampone Al punto equivalente tutto il CH 3 COOH si è trasformato in CH 3 COO -. Il ph del punto equivalente è quindi determinato dalla reazione di idrolisi dell acetato in acqua, in questo caso ph = 8,8 (ed in generale diverso da 7!) Dopo il punto equivalente la situazione è analoga a quella di un acido forte e il ph e determinato dall eccesso di base forte Il ph-metro Il ph-metro misura il ph di una soluzione usando un elettrodo che risponde alla concentrazione di H + L elettrodo produce un voltaggio proporzionale alla concentrazione di H + Il voltaggio viene convertito in misura di ph su un display Deve essere calibrato prima dell uso utilizzando soluzioni standard a ph noto 5

6 Soluzioni di acidi e basi forti Preparare 100 ml di una soluzione di HCl 0,1 M e 100 ml di una soluzione di NaOH 0,1 M Misurare il ph delle due soluzioni con la cartina al tornasole e con il ph-metro Prelevare 10 ml della soluzione di HCl 0,1 M e diluirla 10 volte Misurare il ph con il ph-metro Prelevare 20 ml di soluzione di HCl 0,1 M volta il ph con il ph-metro Attenzione: il bulbo di vetro del ph-metro è molto fragile. Non urtarlo con la vetreria! Soluzioni di acidi e basi deboli Preparare 100 ml di una soluzione 0,1 M di CH 3 COOH e 100 ml di una una soluzione 0,1 M di CH 3 COONa Misurare il ph delle due soluzioni con la cartina e con il ph-metro Prelevare 20 ml di soluzione di CH 3 COOH e 20 ml di soluzione di CH 3 COONa e mescolarli Misurare il ph con la cartina e con il ph-metro Determinare qual è laka dell acido volta il ph Effetto della diluizione Prelevare 10 ml da ogni soluzione di CH 3 COOH e di CH 3 COONa e diluirli 10 volte Misurarne il ph con la cartina e con il ph-metro Prelevare 20 ml delle due soluzioni diluite di acido e di base e mescolarli Misurare il ph volta il ph Attenzione: tra una misura e l altra lavate sempre il bulbo del ph-metro! 6

7 Preparazione di una soluzione a ph definito Calcolare il volume di soluzione 0,1 M di CH 3 COOH e CH 3 COONa che è necessario mescolare per ottenere 40 ml di una soluzione a ph 5,0 Preparare la soluzione in base al calcolo effettuato Misurarne il ph con il ph-metro volta il ph con il ph-metro Attenzione: tra una misura e l altra, lavate sempre il bulbo del ph-metro! 7

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