Soluzioni tampone

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