Acidi Poliprotici: Anidride carbonica
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- Roberto Vecchi
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1 Acidi Poliprotici: Anidride carbonica Effetti della CO sulle soluzioni acquose. La CO è un gas, presente nell aria, che si scioglie parzialmente in acqua, dove si comporta come un acido poliprotico dando luogo alle seguenti reazioni: CO (aq) H O (solv) HCO (aq) H O (aq) a1 4.47x1 7 HCO (aq) H O (solv) CO (aq) H O (aq) a 4.68x1 11 Il processo di dissoluzione del gas è lento, ma quando raggiunge l equilibrio, il ph dell acqua risulta 5.5. Soluzioni basiche, se lasciate all aria, cambiano il loro ph fino a diventare acide. Alcune di queste slides riportano materiale gentilmente concesso dal Dr. Valerio Di arco Dip. Scienze Chimiche Univ. Padova
2 Il carbonato è la base coniugata dell acido poliprotico e come tale è una base poliprotica. In natura ci sono molti minerali che contengono questo anione in forma di sale (calcite e aragonite ad es: CaCO etc.). Con il sodio forma il sale Na CO noto anche come Soda Solvay. La specie intermedia HCO è un anfolita. Viene chiamato carbonato acido o idrogenocarbonato o bicarbonato Viene usato in varie sostanze di uso comune. Agente per lavare verdura e frutta, agente levitante Antiacido o digestivo nell industria farmaceutica Correttore di acidità nell industria alimentare.
3 Nel seguito si dimostra perché il ph dell acqua in equilibrio con l aria a temperatura ambiente e pressione atmosferica è pari a 5.5. La pressione parziale della CO in aria è di. mmhg, equivalente a 4x1 4 bar. L equilibrio di dissoluzione in acqua è: ( aq) CO (g) CO (aq) p.1 1 p ( aq) p p CO (g) CO ( g ) In acqua CO reagisce con l acqua dando: CO (aq) H O (solv) HCO (aq) H O (aq) a1 4.47x1 7 HCO (aq) H O (solv) CO (aq) H O (aq) a 4.68x1 11
4 Le specie presenti in soluzione sono CO, HCO, CO, H O, OH. Bisogna trovare 5 equazioni che leghino queste specie: a1 a [H O [HCO [HO [HCO [HO [HCO [HCO [H O C CO Per risolvere questo sistema di cinque equazioni bisognerebbe utilizzare tecniche numeriche, ma possiamo ricorrere a delle approssimazioni che lo semplificano e che vengono verificate a posteriori. Ipotesi: 1. La soluzione sarà acida, si trascura nel bilancio di carica.. La seconda dissociazione ha a estremamente bassa ( a < 1 a1 ) e la prima reazione di CO produce ioni H O che inibiscono ulteriormente la seconda dissociazione. Si può supporre che la seconda dissociazione avvenga in maniera trascurabile e che la concentrazione di ioni H O dipenda solo dal primo processo di dissociazione.
5 Si risolve quindi il sistema di equazioni relativo solo al primo equilibrio acido base trattandolo come se fosse un sistema monoprotioco. C CO [H O < 1 ph 5.6 a1 ± 4C o a1 a1 CO a Verifiche: Le concentrazione di e devono essere trascurabili nel bilancio di carica e deve essere trascurabile rispetto a e [HCO nel bilancio di massa. Calcolo delle concentrazioni di e [H O Verifica: [HCO [HCO [ CO a [HCO O
6 Esercizio Calcolare ph, α, e la concentrazione delle sostanze all equilibrio chimico in una soluzione contenente carbonato di sodio (Na CO ).5. Per CO (aq) a , a Trascurare la reazione di idratazione di CO (aq) e la sua evaporazione. In soluzione il sale è completamente dissociato, e il carbonato reagisce per dare bicarbonato e CO. Na CO CO (aq) Na (aq) >>1 CO (aq) H O (solv) HCO (aq) OH (aq) / a.14x1 4 HCO (aq) H O (solv) CO (aq) OH (aq) b / a1.4x1 8 Le specie presenti in soluzione saranno: [Na,, [HCO,, [H O e. Per trovare le rispettive concentrazioni si devono definire 6 equazioni tra queste variabili:
7 b [Na [H O [HCO C [HCO [HCO a1 [HCO a [H O C [Na Ipotesi: 1. Il bicarbonato è una base debole, per cui possiamo trascurare in prima approssimazione la sua dissociazione nel secondo equilibrio acidobase e la conseguente formazione di anidride carbonica, inoltre la reazione del carbonato con acqua produce ioni OH che inibiscono la seconda reazione basica. Trascuriamo quindi la specie negli equilibri di massa. ( > 1 b ). La soluzione finale è basica, per cui possiamo trascurare anche [H O nell equilibrio di carica.
8 [Na [HCO C [HCO [HCO C [Na [HCO [HCO C C Sostituendo nel bilancio di carica: C [HCO Si ottiene: [HCO Sostituendo nell espressione per la costante di equilibrio acido/base si ha [HCO C C Risolvendo l equazione di secondo grado si ottiene: 9.9x1 5
9 Le concentrazioni delle specie e le frazioni di dissociazione sono: [H O [HCO C b[hco [HCO ph [HCO α 1 1.9% HCO C α 1 CO (aq) C.4% α (1 α ) 1 CO HCO 98.1% Verifica delle approssimazioni fatte: Bilancio di carica: Bilancio di massa: [HO [Na [HCO
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