Soluzioni tampone
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Soluzioni tampone
Soluzioni tampone
Una soluzione tampone è una soluzione acquosa dove un acido debole e la sua base coniugata sono contemporaneamente presenti in soluzione
Essa serve a MANTENERE COSTANTE IL PH DI UNA SOLUZIONE PER EFFETTO DELLA DILUIZIONE O PER PICCOLE AGGIUNTE DI ACIDO O DI BASE FORTE
Soluzioni Tampone: come funziona
Consdieriamo una soluzione contenente CH3COOH
Ka = [ CH3COO- ][H3O+]
[ CH3COOH ]
CH3COOH CH3COO- + H3O+
Ka
[ CH3COO- ]
[H3O+] =[ CH3COOH ]
Soluzioni Tampone: come funziona
Consdieriamo una soluzione contenente CH3COO-
Kb = [ CH3COOH ][OH-]
[ CH3COO- ]
CH3COO- +H2O CH3COOH + OH-
Kb
[ CH3COOH ]
[OH-] =[ CH3COO - ]
Soluzioni Tampone: come funziona
Se mescolo acido e base debole i due equilibri saranno operativi insieme
CH3COO- +H2O CH3COOH + OH-
CH3COOH CH3COO- + H3O+ Ka = ca. 10-5
Kb = ca. 10-10
Soluzioni Tampone: come funziona
Se mescolo acido e base debole i due equilibri saranno operativi insieme
CH3COO- +H2O CH3COOH + OH-
CH3COOH CH3COO- + H3O+
Ka = [ CH3COO- ][H3O+]
[ CH3COOH ]
Soluzioni Tampone: come funziona
Se io aggiungo in soluzione una soluzione di CH3COOH in concentrazione Ca e di CH3COONa, in concentrazione Cs
CH3COOH CH3COO- + H3O+
Ka
[ CH3COO- ]
[H3O+] =[ CH3COOH ]
CH3COO- CH3COOH + OH-
acido
base
Soluzioni Tampone: come funziona
La reazione di dissociazione acida di un acido debole in presenza della sua base coniugata sarà ancora piu’ spostata a sinistra, perché siamo in presenza di un prodotto
Di fatto si puo’ considerare che la reazione è completamente spostata a sinistra e che la concentrazione di CH3COOH all’equilibrio è interamente data dalla concentrazione stechiometrica dell’acido di partenza
Soluzioni Tampone: come funziona
Anche La reazione basica della base debole coniugata è completamente spostata a sinistra, perché siamo in presenza di un prodotto, ovvero dell’acido coniugato
Quindi la concentrazione di CH3COO- all’equilibrio è interamente data dalla concentrazione stechiometrica del sale di partenza
Soluzioni Tampone
CH3COOH CH3COO- + H3O+
Ka
[ CH3COO- ]
[H3O+] =[ CH3COOH ]
CH3COO- CH3COOH + OH-
[ CH3COOH ]= Ca
[ CH3COO- ] =Cs
Ka Ca
[H3O+] =Cs
Soluzioni Tampone
Ka Ca
[H3O+] =Cs
Effetto della diluizione
Soluzioni Tampone
Ka Ca
[H3O+] =Cs
C’a=Ca/10
C’s=Cs/10
Ka C’a
[H3O+] =C’s
=Ca/10
Cs/10=
Ca
Cs
Soluzioni Tampone
Ka Ca
[H3O+] =Cs
Se la soluzione tampone viene diluita o concentrata, il rapporto Ca/Cs non cambia e quindi il pH rimane cost.
Soluzioni Tampone
Ka Ca
[H3O+] =Cs
Effetto della aggiunta di acido o base forte in piccole* quantità
Piccole=minore di Ca o Cs
Soluzioni Tampone Aggiungo Acido forte C0
HCl
HCl H+ + Cl-
Soluzioni Tampone
CH3COOH CH3COO- + H3O+
Aggiungo Acido forte C0HCl
[ CH3COOH ]= Ca
HCl H+ + Cl-
Soluzioni Tampone
CH3COOH CH3COO- + H3O+
Aggiungo Acido forte C0HCl
[ CH3COOH ]= Ca+ C0HCl
HCl H+ + Cl-
Soluzioni Tampone
CH3COOH CH3COO- + H3O+
Aggiungo Acido forte C0HCl
[ CH3COOH ]= Ca+ C0HCl
HCl H+ + Cl-
[ CH3COO- ]= Cs- C0HCl
Soluzioni Tampone
CH3COOH CH3COO- + H3O+
Ka
[ CH3COO- ]
[H3O+] =[ CH3COOH ]
CH3COO- CH3COOH + OH-
Ka Ca + C0
HCl [H3O+] =
Cs- C0HCl
[ CH3COOH ]= Ca+ C0HCl
[ CH3COO- ]= Cs- C0HCl
Aggiungo Acido forte C0HCl
Soluzioni Tampone Aggiungo Base forte C0
NaOH
NaOH Na+ + OH-
Soluzioni Tampone
CH3COO - CH3COOH + OH- [ CH3COO - ]= Cs
Aggiungo Base forte C0NaOH
NaOH Na+ + OH-
Soluzioni Tampone
CH3COO - CH3COOH + OH- [ CH3COO - ]= Cs+ C0NaOH
Aggiungo Base forte C0NaOH
NaOH Na+ + OH-
Soluzioni Tampone
CH3COO - CH3COOH + OH- [ CH3COO - ]= Cs+ C0NaOH
Aggiungo Base forte C0NaOH
NaOH Na+ + OH-
[ CH3COOH ]= Ca- C0NaOH
Soluzioni Tampone
CH3COOH CH3COO- + H3O+
Ka
[ CH3COO- ]
[H3O+] =[ CH3COOH ]
CH3COO- CH3COOH + OH-
Ka Ca - C0
NaOH [H3O+] =
Cs+ C0NaOH
[ CH3COOH ]= Ca- C0NaOH
[ CH3COO- ]= Cs+ C0NaOH
Aggiungo Base forte C0NaOH
Soluzioni Tampone
CH3COOH CH3COO- + H3O+
Aggiungo Acido forte C0HCl
[ CH3COO- ] =Cs-C0
HCl
HCl H+ + Cl-
[ CH3COOH ]= Ca+ C0HCl
CH3COOH CH3COO- + H3O+
Aggiungo Base forte C0NaOH
[ CH3COO- ] =Cs+C0
NaOH
NaOH Na+ + OH-
[ CH3COOH ]= Ca- C0NaOH
Soluzioni Tampone Aggiungo Acido forte C0
HCl
HCl H+ + Cl-
Aggiungo Base forte C0NaOH
NaOH Na+ + OH-
Ka Ca - C0
NaOH
[H3O+] =Cs+ C0
NaOH
Ka Ca + C0
HCl
[H3O+] =Cs- C0
HCl
Soluzioni TamponeSommario
ProprietàUna soluzione tampone permette di stabilizzare il pH ad valore intorno al valore della pKa
Se desidero avere un determinato pH in soluzione, devo trovare la coppia acido-base coniugata che dispone della Ka o Kb adatta
Il pH é relativamente INSENSIBILE agli effetti dell’aggiunta di un acido o base forte
Il pH é insensibile agli effetti della diluizione
Quando uno dei due componenti della coppia A-B si esaurisce, la soluzione tampone cessa di essere tale
Soluzioni TamponeSommario
Acidi poliprotici
H2SO4 + H2O H3O+ + HSO4 -
HSO4 - + H2O H3O+ + SO4 2-
Ka1>1
Ka2= 2x10-2
[H+] = [H+] + [H+] Somma degli H+ derivanti da entrambe le dissociazioni acide
Equilibri simultaneiUna soluzione di H2SO4 in H2O equivale ad una soluzione di Acido FORTE (Ka1>1) + una
soluzione di Acido DEBOLE (Ka2= 2x10-2)
H2SO4 + H2O H3O+ + HSO4 - Ka1>1
Questo equilibrio è completamente spostato a dx[H+]=C0A
HSO4 - + H2O H3O+ + SO4 2- Ka2= 2x10-2
Ka2 =
[ H3O+ ] [SO42-
]
[HSO4- ]
= (C0A +x) x
(C0A -x)
(torniamo a) Acidi poliprotici
Cosa succede se anche la prima dissociazione non è forte (Ka1<1)
EsH3PO4
CO2
SO2
Reazioni acido-base
L’equilibrio acido-base del tipo
Acido 1 + Base 2
Base 1 + Acido 2
E’ sempre spostato verso la coppia piu’ debole
Equilibri simultanei
In generale, quando la distribuzione delle specie in soluzione è determinata da piu’ di un equilibrio, La concentrazione di ciascuna specie in soluzione rappresenta una variabile, mentre ciascun equilibrio in soluzione rappresenta una equazione.
Acidi e basipH di acidi fortipH di acidi deboliGrado di dissociazioneKaKb=Kw
pH di soluzioni salineTitolazione acido-baseAcidi e basi poliproticiEquilibri simultaneiSoluzioni tampone
Equilibri simultanei
Nel caso di un sistema dove c’è un acido forte + un acido debole, il sistema è semplificato perché Acido forte è completamente dissociato e gli unici equilibri in soluzione rimangono quelli della Ka di Acido debole e di Kw
Per farti una idea, calcola il grado di dissociazione di una soluzione 10-2 M di CH3COOH in presenza ed in assenza di HCl
Equilibri simultaneiUna soluzione di HCl in H2O Acido FORTE (Ka1>1) + una soluzione di CH3COOH Acido
DEBOLE (Ka= 2x10-5)
HCl + H2O H3O+ + Cl - Ka1>1
Questo equilibrio è completamente spostato a dx[H+]=C0HCl
CH3COOH + H2O H3O+ + CH3COO -
Ka= 2x10-5
Ka =
[ H3O+ ] [CH3COO- ]
[CH3COOH ] =
(C0HCl +x) x
(C0Hac -x)
Equilibri simultaneiUna soluzione di NaOH in H2O Base FORTE (Kb>1) + una soluzione di CH3COOH Acido
DEBOLE (Ka= 2x10-5)
NaOH + H2O Na+ + OH - Ka1>1
Questo equilibrio è completamente spostato a dx[OH-]=C0b
CH3COOH + H2O H3O+ + CH3COO -
Ka= 2x10-5
Questo equilibrio sarà spostato a sn o a dx dalla presenza di una base forte?
Domanda
Perché fino ad adesso, in presenza di un acido forte non abbiamo mai considerato gli H+ che derivano dalla dissociazione di H2O?
Perché la presenza di un altro acido sposta completamente a sinistra l’equilibrio di autoprotolisi. Pertanto il contributo degli H+ che derivano dalla autoprotolisi è trascurabile
2 H2O H3O+ + OH -
Kw=[H+][OH-]= (C0A+x)(x)=10-14
Acido diluito in acqua
Qualora un acido debole sia presente in concentrazioni molto diluite la concentrazione degli H+ che derivano dalla dissociazione di H2O deve comunque essere considerata.
Es: calcolare il pH di una soluzione 10-7 M di HClO4
Esempi
Acidi fortiHCl, HNO3
Acidi deboliCH3COOH, HCN, NH4
+
Basi fortiNaOH, KOH
Basi deboliNH3, CH3COO -, CN-
Sali di Acidi e basi fortiNaCl, KNO3
Sali di Acidi deboli e basi fortiCH3COONa, KCN,
Sali di basi deboli e acidi fortiNH4Cl
Acido 1 + Base 2
Reazioni acido-base
Base 1 + Acido 2
CH3COOH +NH3 CH3COO- + NH4 +
Kb =
[ OH- ] [NH4+]
[NH3]Ka =
[ CH3COO- ][H3O+]
[ CH3COOH ]
Acido 1 + Base 2
Reazioni acido-base
Base 1 + Acido 2
CH3COOH +NH3 CH3COO- + NH4 +
[NH4+]
[NH3]Keq =
[ CH3COO- ]
[ CH3COOH ]
[ OH- ][H3O+]
[H3O+] [ OH- ]
Acido 1 + Base 2
Reazioni acido-base
Base 1 + Acido 2
CH3COOH +NH3 CH3COO- + NH4 +
[NH4+]
[NH3]Keq =
[ CH3COO- ]
[ CH3COOH ]
[ OH- ][H3O+]
[H3O+] [ OH- ]
Acido 1 + Base 2
Reazioni acido-base
Base 1 + Acido 2
CH3COOH +NH3 CH3COO- + NH4 +
[ OH- ][NH4+]
[NH3]Keq =
[ CH3COO- ] [H3O+]
[ CH3COOH ] [H3O+] [ OH- ]
Acido 1 + Base 2
Reazioni acido-base
Base 1 + Acido 2
CH3COOH +NH3 CH3COO- + NH4 +
=Ka1*Kb2 [ OH- ][NH4
+]
[NH3]Keq =
[ CH3COO- ] [H3O+]
[ CH3COOH ] [H3O+] [ OH- ] Kw
=Ka1/Ka2
Reazioni acido-base
(alcuni) Argomenti
Acidi e basi coniugate
Acidi deboli
Grado di dissociazione
Reazioni acido-base
Acidi senza H+
Acidi e basi di LewisAcidi di Lewis= specie che possono
accettare in compartecipazione una coppia di elettroni da un’altra specie.
Base di Lewis = specie che può cedere in compartecipazione una coppia di elettroni ad un’altra sostanza.
BF
FF N
HHH
+ NHHH
BFFF