Soluzioni Tmpone Le soluzioni tmpone sono soluzioni in cui sono presenti un cido debole e l su bse coniugt sotto form di sle molto solubile. Hnno l crtteristic di mntenere il ph qusi costnte nche se d esse viene ggiunto un cido o un bse forte, in concentrzioni non eccessive. Quest cpcità (potere tmponnte) è di fondmentle importnz nei processi biologici, d esempio lcune rezioni enzimtiche vvengono in mnier efficiente (velocemente) solo ben determinte condizioni di ph. Il mntenimento di un ph costnte è quindi un condizione importntissim in molti liquidi fisiologici. Ad esempio il sngue è un soluzione tmpone ph7.4, mntenuto costnte dll zione degli ioni fosfto e crbonto presenti nelle proteine. L crescit cellulre, utile per un primo screening sull tossicità dei frmci, è un ltro processo che vviene ph tmponto e l scelt del ph dipende dl tipo di line cellulre. 1
Le soluzioni tmpone sono soluzioni in cui sono presenti un cido debole e l su bse coniugt sotto form di sle molto solubile. Il ph di tle soluzione (vedi lezioni precedenti) entro opportune pprossimzioni può essere clcolto sull bse dell equzione di Henderson: Se inizilmente ponimo in soluzione un concentrzione di cido e di bse coniugt sotto form di sle l concentrzione degli ioni idrossonio srà [ H O ph p log A 1 p log ph p log1 [ ondizione di vlidità: > 1 dove è l più grnde tr e b, e è l concentrzione inizile corrispondente ( se l più grnde è, A se l più grnde è b ) 2
ome vri il ph dell soluzione tmpone qundo si ggiunge un cido o un bse forte? Aggiunt di Acido Forte L cido forte regirà con l bse debole coniugt presente nel tmpone in mnier quntittiv (come visto nelle lezioni precedenti). (q) A (q) F (q) (q) >> 1 Prim dell ggiunt dell cido per l soluzione tmpone: [A [ Dopo l ggiunt dell cido in concentrzione per l soluzione tmpone: [A [ [ - [ In ogni cso vnno sempre verificte le condizioni per l vlidità dell relzione di Henderson
Dimostrzione: Rgionndo in termini di specie presenti in soluzione, inizilmente ci sono l cid in concentrzione l bse debole coniugt in concentrzione inizile che formno il tmpone ed infine si ggiunge l cido forte in concentrzione inizile. Le specie presenti in soluzione sono: [H O, [OH, [, [A, [D, [F. Sono necessrie 6 equzioni: [F w [OH [D [A [ [A [OH [HO [A [ [F [D [A [ Trscurndo si[h O che[oh nel bilncio di cric: [D -[F [A E l concentrzione di ioni H O si ricv dll costnte di equilibrio per sostituzione, ottenendo il risultto dell slide precedente [ 4
Aggiunt di se Forte L bse forte regirà con l cido debole coniugto presente nel tmpone in mnier quntittiv (come visto nelle lezioni precedenti). (q) (q) A (q) H (q) >> 1 Prim dell ggiunt dell bse per l soluzione tmpone: Dopo l ggiunt dell bse in concentrzione per l soluzione tmpone: [A [ [A [ [ - [ In ogni cso vnno sempre verificte le condizioni per l vlidità dell relzione di Henderson 5
Dimostrzione: Rgionndo in termini di specie presenti in soluzione, inizilmente ci sono l cido in concentrzione, l bse debole coniugt in concentrzione inizile che formno il tmpone ed infine si ggiunge l bse forte in concentrzione inizile. Le specie presenti in soluzione sono: [H O, [OH, [, [A, [D, [H. Sono necessrie 6 equzioni: w [OH [D [H [A [ [A [OH [HO [A [ [H [D [A [ Trscurndo si[h O che[oh nel bilncio di cric: [D [H [A E l concentrzione di ioni H O si ricv dll costnte di equilibrio per sostituzione, ottenendo il risultto dell slide precedente [ 6
Esercizio: come cmbi il ph in seguito ggiunt di NOH 1x1 M d un soluzione di ( 1.75. 1 5 ).25 M NA.5 M: Prim dell ggiunt il ph è di: ph 4.6 [ NA 8.75 1 5 M Dopo l ggiunt dell bse forte il ph è di: ph 4.15 [ NA NOH NOH 7. 1 5 M ph vrito solo di.9 unità! Il ph è cmbito solo di.9 unità e l legge di Henderson è vlid in entrmbe i csi: [OH [OH [N.1 2 1 NA NOH NA NOH 8 7
Esercizio: come cmbi il ph in seguito ggiunt di NOH 1x1 M d un soluzione di ( 1.75. 1 5 ).15 M NA.15 M: Prim dell ggiunt il ph è di: ph 4.757 [ NA 1.75 1 5 M Dopo l ggiunt dell bse forte il ph è di: ph 4.814 [ NA NOH NOH 1.51 1 5 M ph vrito solo di.6 unità! Il ph è cmbito solo di.6 unità e l legge di Henderson è vlid in entrmbe i csi [HO [OH [OH 4 1 [N NA.1 NOH NA NOH 8 8
Vrizione di ph di un soluzione tmpone ( cido cetico) per ggiunt di NOH 1 x 1 - M, l vrire del rpporto tr l concentrzione e, e dove. viene mntenuto costnte...25.2 ph.15.1.5..1 1 1 1 / [Ac - / [c Il potere tmponnte è mssimo qundo le concentrzioni di cido e bse coniugt sono uguli Aumentndo o diminuendo un delle due componenti, il potere tmponnte dell soluzione è molto inferiore. Al limite in presenz del solo cido (o dell sol bse) il potere tmponnte risult il minimo possibile 9
Esercizio: come cmbi il ph in seguito ggiunt di NOH 1x1 M d un soluzione di ( 1.75. 1 5 ).15 M NA.15 M: (le concentrzioni inizili sono 1 volte mggiori che nell esercizio precedente) Prim dell ggiunt il ph è di: ph 4.757 [ Dopo l ggiunt dell bse forte il ph è di: NA 1.75 1 5 M ph 4.76 [ NA NOH NOH 1.727 1 5 M ph vrito solo di.6 unità! Anche qui le pprossimzioni che portno ll equzione di Henderson sono vlide. 1
Vrizione di ph di un soluzione tmpone ( cido cetico) per ggiunt di NOH 1 x 1 - M, l vrire del rpporto tr l concentrzione e, e dove.,.15,. viene mntenuto costnte...25.2 ph.15.1.5..1 1 1 1 [Ac - / [c / Il potere tmponnte di un miscel di un cido debole e dell su bse coniugt cresce non solo se il rpporto tr bse ed cido tende d 1, m nche se l concentrzione inizile totle (bse cido) ument 11
Scelt di un tmpone: Si deve scegliere un coppi cido bse l cui p si più vicin possibile l ph desiderto Si deve porre inizilmente in soluzione un ugule concentrzione inizile di cido e di sle dell bse coniugt isogn usre concentrzioni elevte per l cido e per l bse Preprzione di un tmpone: In genere si prte d un cido o un bse debole e si ggiunge un bse forte o un cido forte, per produrre l specie coniugt, fino d rrivre l ph desiderto Per rrivre l ph si controll l soluzione con un ph-metro (strumento che misur con precisione il ph), perché si deve tenere conto del ftto che in soluzione ionic, in genere i coefficienti di ttività non sono trscurbili, per cui, per trovre il ph estto bisogn controllrlo. 12