IDROLISI La reazone con l acqua dell acdo conugato d una bae debole, o quella della bae conugata d un acdo debole, chama reazone d drol. L drol è una reazone acdo-bae che può avvenre quando un ale è olublzzato n acqua. Per effetto della reazone d drol, anon e caton cottuent d molt al confercono ph baco o acdo alle loro oluzon. 1 SALI DI ACIDI DEBOLI E BASI FORTI CH 3 COONa CH 3 COO - Na Na : non dà drol, non nfluenza l ph della oluzone CH 3 COO - è la bae conugata d un acdo debole; può modfcare l ph della oluzone perché reagce con l acqua CH 3 COO - H 2 O CH 3 COOH OH - Lo one acetato può fare aumentare l valore d ph>7 2 CH 3 COO - H 2 O CH 3 COOH OH - [CH COOH ][OH ] eq [CH COO ][H O] 3 3 2 [CH COOH][OH 3 ] eq [H 2 O] [CH COO ] 3 n H 2 O avremo [OH - ] = / [H ] e poo otture queta epreone nella equazone della [CH 3COOH] [CH 3COO ] [H ] a a 3
e a ono nveramente proporzonal Quanto pù un acdo è debole ( a pccola) e tanto pù un uo ale con una bae forte ha grande. Quanto pù grande è, tanto pù l drol è potata a detra, e tanto pù l ph è baco. a YA A - Y A - H 2 O AH OH - Calcolo del ph d una oluzone d acetato d odo d concentrazone nzale nota CH 3 COONa CH 3 COO - Na CH 3 COO - H 2 O CH 3 COOH OH - BILANCIO DI MASSA (l ale è completamente docato) C = [Na ] = [CH 3 COO - ] [CH 3 COOH] BILANCIO DI CARICA [H ] [Na ] = [CH 3 COO - ] [OH - ] [H ] C = [CH 3 COO - ][OH - ] C -{[OH - ] [H ]} = [CH 3 COO - ] Dall equazone del blanco d maa [CH 3 COOH] = C [CH 3 COO - ] = C - C [H ] [OH - ] 5 [CH 3COOH][OH ] [OH ][OH ] [H ] [CH COO ] 3 C [OH ] [H ] I) Se la oluzone è baca allora [OH - ] >> [H ] [H ] è tracurable rpetto a [OH - ] e rcrve coì: [OH ] 2 C [OH ] II) Se C >> [OH - ] [OH ] 2 C [OH ] 2 C [OH ] C 6
Calcolo del ph d una oluzone d 0.05 mol d acetato d odo n 0.25L d acqua ( 5.6 10-10 ). Fornre l rultato con 2 cfre gnfcatve 1.Concentrazone molare d CH 3 COONa [CH 3 COONa] = 0.05 mol / 0.25 L = 0.2 M 2. Il ale è completamente docato nacqua: CH 3 COONa CH 3 COO - Na Compozone nzale: C =[Na ]=[CH 3 COO - ]=0.2M 3. L anone acetato è una bae debole e reagce con l acqua CH 3 COO - H 2 O CH 3 COOH OH - Compozone all equlbro: [CH 3 COO - ] = C x =0.2 x [OH - ] = [CH 3 COOH] = x 7 La cotante d equlbro della reazone è: [OH ][CH x 2 3 COOH] 5.6 10-10 [CH 3 COO ] C x Se C >> x x 2 /(C x) x 2 / C = x 2 / 0.2 = 5.6 10-10 x = (0.2 5.6 10-10 ) 1/2 = 1.058 10-5 M L appromazone fatta vale? x/c < 0.05? x/c= 1.058 10-5 M /2 10-1 M = 5.29 10-5 = 0.0000529. SI. [OH - ] = [CH 3 COOH] = 1.058 10-5 M poh = -log(1.058 10-5 )= 4.975. ph = 14-4.975 = 9.02 Oppure [H ] = /[OH - ] = 9.4 10-10 ph = -log[h ] = -log(9.4 10-10 ) = 9.02 8 SALI DI ACIDI FORTI E BASI DEBOLI - NH 4 Cl NH 4 Cl Cl - : non dà drol, non nfluenza l ph della oluzone NH 4 : acdo conugato della bae debole NH 3 reagce con l acqua e dà una reazone d drol che rende acda la oluzone NH 4 H 2O NH 3 H 3O Lo one ammono può abbaare l ph < 7 9
NH H O NH H O 4 2 3 3 [NH ][H ] 3 [H O] eq 2 [NH ] In H 2 O ha [H ] = / [OH ] 4 - [NH 3][H ] e q [NH ][H O] 4 2 [NH 3 ] [NH 4 ][OH ] [NH 3 ] e 1 [NH 4 ][OH ] b b 10 Calcolo del ph d una oluzone d ammono cloruro avente concentrazone nzale nota C NH 4 Cl NH 4 Cl - NH 4 H 2 O NH 3 H 3 O BILANCIO DI MASSA, l ale è completamente docato. C = concentrazone del ale C = [Cl - ] = [NH 4 ] [NH 3 ] BILANCIO DI CARICA [H ] [NH ] = [Cl - ] [OH - ] 4 [H ] [NH ] = C [OH - ] [NH ]= C -{ [H ] [OH - ]} 4 4 Dall equazone del blanco d maa [NH 3 ] = C [NH ] = C - C [H ] - [OH - ] 4 11 [NH ][H ] [H ][H ] [OH ] 3 [NH ] C [H ] [OH ] 4 Se la oluzone è acda allora [OH - ] arà << [H ] e qund [OH - ] può eere tracurato come termne nella ottrazone [H ] - [OH - ] [H ] 2 C [H ] e [H ] è <5% d C [H ] 2 C [H ] 2 C [H ] C 12
SALI DI ACIDI DEBOLI E BASIDEBOLI Sa l catone che l anone ono elettrolt debol che tendono a dare reazon d drol. Sono da conderare cao percao NH 4 CN NH CN - 4 (aq) (aq) CH 3 COONH 4 CH 3 COO - (aq) NH 4 (aq) NH 4 F NH 4 (aq) F (aq) -... 13 IDROLISI DI SALE DI ACIDO E BASE ENTRAMBI DEBOLI NH 4 H 2 O NH 3 H 3 O b (NH3)= 1 10-5 (NH 4 )= / b(nh3) = 1 10-9 CN - H 2 O HCN OH - a(hcn) = 1 10-10 (CN - ) = / a(hcn) = 1 10-4 (CN- ) >> (NH 4 ) Soluzone baca Dal confronto delle cotant d drol degl on cottuent d un ale formato da un acdo e una bae entramb debol può prevedere l effetto della drol ulla oluzone fnale 14 BHA BH A - CALCOLO DI E ph BH H 2 O H 3 O B A - H 2 O HA OH - BH A - B HA (equlbro d drol) Se I) la concentrazone del ale C non è molto pccola (<10-3 M), II) a (HA) ~ b (B) Valgono le eguent epreon appromate per l calcolo della e del ph d una oluzone d un generco ale del tpo BHA a (HA) (B) b [H ] a (HA) b(b) 15
CH 3 COONH 4 NH CH COO - 4 3 NH 4 H 2 O NH 3 H 3 O CH 3 COO - H 2 O CH 3 COOH OH - NH 4 CH 3 COO - NH 3 CH 3 COOH b(nh3) = 1 10-5 a(ch3cooh) = 1 10-5 a (Acetco) b (NH 3 ) 10 14 10 4 10 5 10 5 [H ] a (Acetco) (NH ) b 3 5 10 10 14 10 7 10 5 16 Calcolo del ph d una oluzone 0.1M d ammono fluoruro b(ammonaca) 2 10-5 ; a(acdo fluordrco) 9 10-4 ; p =13.8 Fornre l rultato con 2 cfre gnfcatve. NH 4 F NH 4 F - NH 4 H 2 O NH 3 H 3 O = / b(nh3) F - H 2 O HF OH - H 3 O OH - 2H 2 O = / a(hf) 1/ NH 4 F NH 3 HF - = ( / b(nh3) )( / a(hf) )1/ [H ] a (HF ) (NH ) ph 6.07 b 3 4 9 10 10 138 4.5 10 128 8.445 10 7 210 5 17 Quadro rauntvo drol Sale da ACIDO FORTE BASE FORTE (NaCl, Cl, Br, CaCl2, NO3, NaNO3, BaI2, ClO4) ACIDO DEBOLE BASEFORTE (Na2CO3, NaHCO3, CH3COONa, CN) ph d oluzonacquoe neutro baco ACIDO FORTE BASEDEBOLE (NH 4 Cl, NH 4 NO 3, NH 4 Br,) ACIDO DEBOLE BASE DEBOLE (NH 4 CN, NH 4 F,CH 3 COONH 4 ) acdo dpende dalla a dell acdo e dalla b della bae (*) (*) Se valgono le appromazon: I) la concentrazone del ale non è molto pccola; II) a (HA) ~ b (B) 18
ESERCITAZIONE DI LABORATORIO Prove d olubltà e ph: otanza H 2 O otanza oluble n acqua oluzone neutra (ph 7) al d acd fort ba fort drol, oluzone baca, al d acd debol ba fort drol, oluzone acda, al d acd fort ba debol 19 Calcolo del ph d una oluzone 0.1M d odo carbonato a1 (ac.carbonco) 6 10-7 ; a2 (ac. carbonco) 10-10 ; p =13.75. Fornre l rultato con 1 cfra gnfcatva. Na 2 CO 3 2 Na CO 3 2- Lo one CO 2- - 3, bae conugata dell acdo HCO 3, è una bae dprotca le cu b rcavano dalle a date. 2- - CO 3 H 2 O HCO 3 OH - = 10-13.75 = 1.8 10-14 -carbonato = / a2 = 1.8 10-4 - - HCO 3 H 2 O H 2 CO 3 OH -bcarbonato = / a1 = 3 10-8 S condera SOLO l prmo equlbro perché domna ulecondo [OH ] C 1.8 10 4 0.1 4.2 10 3 M poh = 2.4 carbonato ph = 11.6 Na 2 CO 3 H 2 O ph baco 20 Calcolo del ph e della compozone della oluzone ottenuta mcelando 10mL d acdo dprotco H 2 A 0.1M ( a1 10-4 ; a2 10-8 ) con 15mL d NaOH 0.1M. Numero d mol d H 2 A: n H2A = (0.1 /1000) x 10 = 1 10-3 mol Numero d mol d NaOH: n NaOH = (0.1 /1000) x 15 = 1.5 10-3 mol L aggunta d NaOH dà luogo alla reazone acdo-bae nzo H 2 A OH - HA - H 2 O 1 10-3 1.5 10-3 - -1 10-3 -1 10-3 1 10-3 fne - 0.5 10-3 1 10-3 C ono 0.5 mmol d NaOH n ecceo, e quete reagcono con le mol dell acdo debole HA - prodotto dalla prma reazone HA - OH - A 2- H 2 O -3 nzo 1 10-3 0.5 10-3 - -0.5 10-3 -0.5 10-3 0.5 10 21 fne 0.5 10-3 - 0.5 10-3 7
HA - OH - A 2- H 2 O nzo 1 10-3 0.5 10-3 - -0.5 10-3 -0.5 10-3 0.5 10-3 fne 0.5 10-3 - 0.5 10-3 All equlbro ono preent le pece HA - e A 2-, la coppa conugata della econda docazone dell acdodprotco. S deve qund conderare queto equlbro, regolato da a2. [A 2 ][H ] a2 [HA ] [A 2 ] [HA n ] HA 0.5 10 3 1000 210 2 M V tot 25 a2 = [H ]= 10-8 ph = 8 22 Calcolo della modfca d compozone che realzza nella tea oluzone d H 2 A (1 10-3 mol) con la aggunta d NaOH 0.1M n volume tale da ntrodurre altre 2 10-3 mol nzo 1 10-3 -1 10-3 -1 10-3 -1 10-3 2 10-3 fne - 1 10-3 1 10-3 nzo H 2 A OH - HA - H 2 O Le mol d NaOH aggunte ono n ecceo rpetto a H 2 A, qund reagcono con l acdo HA - prodotto dalla reazone HA - OH - A 2- H 2 O 1 10-3 1 10-3 - -1 10-3 -1 10-3 1 10-3 fne - - 1 10-3 L equlbro della drol dello one A 2- determna l ph 23 A 2- H 2O HA - OH - a2 poh 3.5 ph 10.5 10 14 10 6 10 8 [OH ] C 110 6 0.1 110 7 3.2 10 4 M 24
... e e alla tea oluzone d H 2 A, aggungono altr 10mL d NaOH 0.1M come camba l ph? n NaOH aggunte = (10mL/1000mL/L) 0.1mol/L = 10-3 mol nzo - - H 2A OH HA H 2 O 1 10-3 1 10-3 -1 10-3 -1 10-1 10-3 -3 fne - - 1 10-3 In oluzone dopo l aggunta upplementare le pece preent ono Na e HA - 25 HA - è un anfolta e qund agce a da acdo a da bae HA - H 2 O A 2- H H 2 O a2 = 10-8 HA - H 2 O H 2 A OH - b = / a1 = 10-14 /10-4 H OH - H 2 O = 1/ HA - HA - A 2- H 2 A tot = a2 b 1/ = a2 ( / a1 ) 1/ = a2 / a1 10 8 tot a2 10 4 a1 10 4 26 HA - A 2- H [A 2 ][H ] a2 [HA ] [A 2] [HA ] a2 [H ] [H 2 A] [OH ] b a1 [HA ] [HA ] [H 2 A] a1 [OH ] Conderando la reazone: HA - HA - A 2- H 2 A può porre che [A 2- ] = [H 2 A] [HA ] a2 a2 [HA ] [H ] a1 [OH ] [H ] a1 [OH ] ma [OH ] [H ] a2 [H ] [H ] a1 a1 a2 [H ] 2 [H ] a1 a2 [H ] = (10-4 10-8 ) 1/2 = 10-6 ph = 6 27
Raunto de rultat e concluon A 10mL d una oluzone 0.1M d d acdo dprotco debole H 2 A 0.1M ( a1 10-4 ; a2 10-8 ) aggungono 15mL d NaOH 0.1M. La oluzone fnale ha ph 8. Queta oluzone dopo aggunta d altre 2 10-3 mol d NaOH 0.1M ha ph 10.5. Se aggungo ancora 10-3 mol d NaOH 0.1M, quet ultma oluzone va a ph 6. Queto ultmo rultato è coerente con le prevon qualtatve fattbl a pror? 28 ATTENZIONE! SALI DI ACIDI FORTI E BASI FORTI Un generco ale BA ottenuto per neutralzzazone d una bae forte (BOH) con un acdo forte (HA) doca completamente n acqua negl on che lo cottucono non danno drol n oluzone. Le oluzon d quet al ono neutre. Il ph delle oluzon d al ottenut da un acdo forte e una bae forte è uguale a 7 - BA H 2 O B (aq) A (aq) H 2 O TUTTI al format da un acdo forte e da una bae forte 29 Eempo. Un cao tpco vto anche n laboratoro e d cu d ha anche eperenza comune è quello d NaCl. NaCl è mmagnable come prodotto della reazone NaOH HCl NaCl H 2 O In acqua è completamente docato negl on component NaCl H 2 O Na (aq) Cl - (aq) H 2 O Na e Cl - ono rpettvamente un acdo conugato e una bae conugata TALMENTE debol da non avere alcuna tendenza a cambare proton con le molecole d acqua. Il catone Na e l anone Cl - non hanno alcuna tendenza a reagre con l acqua, coè a dare reazon ddrol. Na e Cl - non potano l ph della oluzone. Queto è vero per TUTTI al ottenut per reazone tra un acdo forte e una bae forte. 30