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Curva di distribuzione delle specie _ La zona di colore giallo rappresenta l’intervallo di pH intorno al valore della pKa in cui il sistema funziona da.

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1 Curva di distribuzione delle specie _ La zona di colore giallo rappresenta l’intervallo di pH intorno al valore della pKa in cui il sistema funziona da tampone ovvero l’intervallo  1 nel quale il rapporto tra le concentrazioni di acido e base coniugata è compreso fra 0.1 e 10

2 Curva di distribuzione delle specie pH = (pK a1 +pK a2 )/2pH = (pK a2 +pK a3 )/2

3 Acidi e basi pH di acidi forti pH di acidi deboli Grado di dissociazione pH di soluzioni saline Acidi e basi poliprotici Equilibri simultanei Soluzioni tampone Titolazione acido-base

4 Titolazione Titolare significa determinare l’esatta concentrazione di una sostanza a concentrazione (titolo) ignoto Per titolare una sostanza occorre fare una reazione QUANTITATIVA con un’altra sostanza a concentrazione (titolo) noto

5 Titolazioni acido-base 1. Titolazione di una acido forte con un base forte 3. Titolazione di acido debole con una base forte 4. Titolazione di una base debole con un acido forte 2. Titolazione di una base forte con un acido forte

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7 Titolazione acido forte – base forte In una titolazione acido forte-base forte la reazione stechiometrica che si sfrutta è: H 2 O H + + OH - H + + OH - H2OH2O K eq =10 14 K w = HA H + + A - BOH B + + OH -

8 Titolazione acido-base Titolare significa determinare la esatta concentrazione di una sostanza a concentrazione (titolo) ignoto HA H + + A - BOH B + + OH - H + + OH - H2OH2O Moli H + = Ca x Va Moli OH - = Cb x Vb

9 Si ha il PUNTO EQUIVALENTE quando le moli di H + provenienti dall’acido forte sono uguali alle moli di OH- provenienti dalla base forte H + + OH - H2OH2O C a x V a = C b x V b Punto equivalente in una titolazione acido forte-base forte

10 Esempio 25 mi di una soluzione di HCl a concentrazione ignota, vengono titolati (reagiscono completamente) con 40 ml di una soluzione di NaOH 0.01 M. Calcolare la concentrazione di HCl

11 H + + OH - H2OH2O C a x V a = C b x V b Acido Forte HCl + Base forte NaOH Sale in soluzione: NaCl Né lo ione Na + ne lo ione Cl - hanno proprietà acido-base significative, pertanto il pH del punto equivalente è 7. pH del punto equivalente acido forte-base forte Al punto equivalente, tutti gli H + e gli OH - provenienti da acido e base hanno formato H 2 O. Rimangono in soluzione gli altri ioni i quali, di fatto, formano un sale disciolto in acqua.

12 pH del punto equivalente acido forte-base debole C a x V a = C b x V b Reazione stechiometrica ch si sfrutta è: Acido Forte HCl + Base debole NH 3 Sale in soluzione: NH 4 Cl Lo ione Cl - non ha proprietà acido-base significative Lo ione NH 4 + è un acido debole (acido coniugato di base debole NH3), pertanto il pH del punto equivalente è < 7. NH 3 + H 3 O + NH H 2 O

13 Calcolo pH al punto equivalente NH H 2 O H 3 O + + NH 3 Ka=5.5x K a = [ H 3 O + ] [NH 3 ] [NH 4 + ] x (C S -x) [ H 3 O + ]=x x2x2 CSCS =K a = [ H 3 O + ]=(K a C s ) 1/2

14 pH del punto equivalente acido debole-base forte C a x V a = C b x V b Reazione stechiometrica ch si sfrutta è: Acido Debole HCN + Base forte NaOH Sale in soluzione: NaCN Lo ione Na + non ha proprietà acido-base significative Lo ione CN - è una base debole (base coniugata di acido debole HCN), pertanto il pH del punto equivalente è > 7. HCN + OH - CN - + H 2 O

15 Calcolo pH al punto equivalente CN - + H 2 O OH - + HCN K b = [ OH - ] [HCN ] [CN - ] x (C S -x) [ OH - ]=x x2x2 CSCS =K a = [ OH - ]=(K a C s ) 1/2 pH=14-pOH

16 Abbiamo analizzato la situazione al punto equivalente Cosa succede durante la titolazione? Ovvero come si determina il pH quando si considerano quantità NON EQUIVALENTI di H + e di OH - ? Calcolo del pH fuori dal punto equivalente

17 Titolazioni acido-base A 5.0 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M si aggiungono 10 ml di una soluzione 1x10 -2 M di NaOH. Le aggiunte sono fatte 1.0 ml alla volta. Calcolare per ogni aggiunta il valore del pH Acido forte-Base Forte

18 Titolazioni acido-base 5.0 ml di una Soluzione di HCl 1.0x10 -2 M HCl é acido forte, la reazione di dissociazione acida é completamente spostata a destra HCl H + + Cl - [H + ] = 1.0x M pH =-log ( 1x ) =2 Moli H + =Ca x Va

19 Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 1ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - Gli OH - che si formano dalla dissociazione basica reagiscono COMPLETAMENTE con l’ ECCESSO di acido forte per andare a formare H 2 O secondo la reazione H + + OH - H 2 O Moli H + =Ca x Va = 5.0x10 -5 Moli OH - =Cb x Vb = 1.0x10 -5

20 Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 1ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - Gli OH - che si formano dalla dissociazione basica reagiscono COMPLETAMENTE con l’ ECCESSO di acido forte per andare a formare H 2 O secondo la reazione H + + OH - H 2 O La concentrazione in soluzione degl ioni H + é quella iniziale meno quelli che hanno reagito con OH - per formare acqua Moli H + =Ca x Va = 5.0x10 -5 Moli OH - =Cb x Vb = 1.0x10 -5

21 Calcolo del pH 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 1ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - Gli OH - che si formano dalla dissociazione basica reagiscono COMPLETAMENTE con l’ ECCESSO di acido forte per andare a formare H 2 O secondo la reazione H + + OH - H 2 O La concentrazione in soluzione degl ioni H + é quella iniziale meno quelli che hanno reagito con OH - per formare acqua [H + ] = (5,00x10 -3 ) 1x (1,00x10 -3 ) 1x = 6,67x10 -3 pH =-log ( 6,67x ) =2,2 (5,00x10 -3 ) + (1,00x10 -3 ) Moli H + =Ca x Va = 5.0x10 -5 Moli OH - =Cb x Vb = 1.0x10 -5

22 Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 2ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - Moli H + =Ca x Va = 5.0x10 -5 Moli OH - =Cb x Vb = 2.0x10 -5

23 Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 2ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - Moli H + =Ca x Va = 5.0x10 -5 Moli OH - =Cb x Vb = 2.0x10 -5 H + + OH - H 2 O 5.0x x10 -5

24 Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 2ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - Moli H + =Ca x Va = 5.0x10 -5 Moli OH - =Cb x Vb = 2.0x10 -5 H + + OH - H 2 O 5.0x x x x10 -5

25 Calcolo del pH 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 2ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - La concentrazione in soluzione degl ioni H + é quella iniziale meno quelli che hanno reagito con OH - per formare acqua [H + ] = (5,00x10 -3 ) 1x (2,00x10 -3 ) 1x = 4,28x10 -3 pH =-log ( 4,28x ) =2,4 (5,00x10 -3 ) + (2,00x10 -3 ) Moli H + =Ca x Va = 5.0x10 -5 Moli OH - =Cb x Vb = 2.0x10 -5

26 Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 3ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - Moli H + =Ca x Va = 5.0x10 -5 Moli OH - =Cb x Vb = 3.0x10 -5

27 Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 3ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - Moli H + =Ca x Va = 5.0x10 -5 Moli OH - =Cb x Vb = 3.0x10 -5 H + + OH - H 2 O 5.0x x10 -5

28 Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 3ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - Moli H + =Ca x Va = 5.0x10 -5 Moli OH - =Cb x Vb = 3.0x10 -5 H + + OH - H 2 O 5.0x x x x10 -5

29 Calcolo del pH 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 3ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - La concentrazione in soluzione degl ioni H + é quella iniziale meno quelli che hanno reagito con OH - per formare acqua [H + ] = (5,00x10 -3 ) 1x (3,00x10 -3 ) 1x = 2,50x10 -3 pH =-log ( 2,50x ) =2,6 (5,00x10 -3 ) + (3,00x10 -3 ) Moli H + =Ca x Va = 5.0x10 -5 Moli OH - =Cb x Vb = 3.0x10 -5

30 Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 4ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - Moli H + =Ca x Va = 5.0x10 -5 Moli OH - =Cb x Vb = 4.0x10 -5

31 Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 4ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - Moli H + =Ca x Va = 5.0x10 -5 Moli OH - =Cb x Vb = 4.0x10 -5 H + + OH - H 2 O 5.0x x10 -5

32 Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 4ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - Moli H + =Ca x Va = 5.0x10 -5 Moli OH - =Cb x Vb = 4.0x10 -5 H + + OH - H 2 O 5.0x x x x

33 Calcolo del pH 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 4ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - La concentrazione in soluzione degl ioni H + é quella iniziale meno quelli che hanno reagito con OH - per formare acqua [H + ] = (5,00x10 -3 ) 1x (4,00x10 -3 ) 1x = 1,10x10 -3 pH =-log ( 2,50x ) =3,0 (5,00x10 -3 ) + (4,00x10 -3 ) Moli H + =Ca x Va = 5.0x10 -5 Moli OH - =Cb x Vb = 4.0x10 -5

34 Titolazioni acido-base

35 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 5ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - H + + OH - H 2 O ! Moli H + =Ca x Va = 5.0x10 -5 Moli OH - =Cb x Vb = 5.0x10 -5

36 Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 5ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - H + + OH - H 2 O Quando l’aggiunta di base é pari alla concentrazione in soluzione degl ioni H + TUTTI gli ioni H+ in soluzione reagiscono con gli OH- provenienti dalla base e la TITOLAZIONE GIUNGE AL PUNTO EQUIVALENTE !

37 Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 5ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - H + + OH - ! Moli H + =Ca x Va = 5.0x10 -5 Moli OH - =Cb x Vb = 5.0x x10 -5

38 Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 5ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - H + + OH - ! Moli H + =Ca x Va = 5.0x10 -5 Moli OH - =Cb x Vb = 5.0x H 2 O 5.0x10 -5

39 Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 5ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - H + + OH - H 2 O Quando l’aggiunta di base é pari alla concentrazione in soluzione degl ioni H + TUTTI gli ioni H+ in soluzione reagiscono con gli OH- provenienti dalla base e la TITOLAZIONE GIUNGE AL PUNTO EQUIVALENTE ! Il pH? Cosa c’é in soluzione ?

40 Titolazioni acido-base Al punto EQUIVALENTE, tutto l’acido é stato neutralizzato dalla base in soluzione rimangono solamente i controioni di acido e base, ovvero Na + e Cl - dal momento che tutti gli H + e tutti gli OH - hanno reagito in modo quantitativo per formare H 2 O H + + OH - H 2 O La concentrazione degli ioni H+ dipende solo dall’equilibrio di autoprotolisi dell’acqua, pertanto [H + ] = [OH - ] =10 -7 pH = pOH =7

41 Titolazioni acido-base Al punto EQUIVALENTE, tutto l’acido é stato neutralizzato dalla base in soluzione rimangono solamente I controioni di acido e base, ovvero Na + e Cl - dal momento che tutti gli H + e tutti gli OH - hanno reagito in modo quantitativo per formare H 2 O H + + OH - H 2 O

42 Titolazioni acido-base Al punto EQUIVALENTE, tutto l’acido é stato neutralizzato dalla base in soluzione rimangono solamente I controioni di acido e base, ovvero Na + e Cl - dal momento che tutti gli H + e tutti gli OH - hanno reagito in modo quantitativo per formare H 2 O H + + OH - H 2 O Na + sarebbe l’acido coniugato di una base forte, e Cl - la base coniugata di un acido forte. Pertanto entrambe le reazioni qui sotto indicate Cl - + H 2 O HCl + OH - Na + + H 2 O NaOH + H + Sono COMPLETAMENTE spostate a sinistra e non contribuiscono a fornire nè ioni H+ ne ioni OH- alla soluzione

43 Titolazioni acido-base

44 Cosa accade se continuo ad aggiungere NaOH 1x M, facendo aggiunte di 1ml alla volta? H + + OH - H 2 O HCl H + + Cl - 5 ml HCl 1x M Ioni H + provenienti da acido = 5,00x x 1x10 -2 NaOH Na + + OH - 6 ml NaOH 1x M Ioni OH - provenienti da base = 6,00x x 1x10 -2

45 Titolazioni acido-base Cosa accade se continuo ad aggiungere NaOH 1x M, facendo aggiunte di 1ml alla volta? H + + OH - H 2 O Rimane in soluzione un eccesso di ioni OH-. Gli ioni OH- che rimangono in soluzione sono dati da tutti gli ioni OH- che ho aggiunto MENO quelli di acido forte, che adesso sono in difetto. DEVO CALCOLARE IL pOH HCl H + + Cl - 5 ml HCl 1x M Ioni H + provenienti da acido = 5,00x x 1x10 -2 NaOH Na + + OH - 6 ml NaOH 1x M Ioni OH - provenienti da base = 6,00x x 1x10 -2

46 Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 6ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - Moli H + =Ca x Va = 5.0x10 -5 Moli OH - =Cb x Vb = 6.0x10 -5

47 Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 6ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - Moli H + =Ca x Va = 5.0x10 -5 Moli OH - =Cb x Vb = 6.0x10 -5 H + + OH - H 2 O 5.0x x10 -5

48 Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 2ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - Moli H + =Ca x Va = 5.0x10 -5 Moli OH - =Cb x Vb = 2.0x10 -5 H + + OH - H 2 O 5.0x x x x10 -5

49 Calcolo del pH Cosa accade se continuo ad aggiungere NaOH 1x M, facendo aggiunte di 1ml alla volta? H + + OH - H 2 O HCl H + + Cl - 5 ml HCl 1x M Ioni H + provenienti da acido = 5,00x x 1x10 -2 NaoH Na + + OH - 6 ml NaOH 1x M Ioni OH - provenienti da base = 6,00x x 1x10 -2 [OH - ] = (6,00x10 -3 ) 1x (5,00x10 -3 ) 1x (6,00x10 -3 ) + (5,00x10 -3 ) = 9,1x10 -4 pOH =-log ( 9,1x ) =3,0 pH =11,0

50 Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 8ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - Moli H + =Ca x Va = 5.0x10 -5 Moli OH - =Cb x Vb = 8.0x10 -5

51 Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 8ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - Moli H + =Ca x Va = 5.0x10 -5 Moli OH - =Cb x Vb = 8.0x10 -5 H + + OH - H 2 O 5.0x x10 -5

52 Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 8ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - Moli H + =Ca x Va = 5.0x10 -5 Moli OH - =Cb x Vb = 8.0x10 -5 H + + OH - H 2 O 5.0x x x x10 -5

53 Calcolo del pH H + + OH - H 2 O HCl H + + Cl - 5 ml HCl 1x M Ioni H + provenienti da acido = 5,00x x 1x10 -2 NaoH Na + + OH - 8 ml NaOH 1x M Ioni OH - provenienti da base = 8,00x x 1x10 -2 [OH - ] = (8,00x10 -3 ) 1x (5,00x10 -3 ) 1x (8,00x10 -3 ) + (5,00x10 -3 ) = 2,3x10 -3 pOH =-log ( 2,3x ) =2,6 pH =11,4

54 Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 10ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - Moli H + =Ca x Va = 5.0x10 -5 Moli OH - =Cb x Vb = 10.0x10 -5

55 Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 10ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - Moli H + =Ca x Va = 5.0x10 -5 Moli OH - =Cb x Vb = 10.0x10 -5 H + + OH - H 2 O 5.0x x10 -5

56 Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10 -2 M Aggiungo 6ml di NaOH 1x M HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - Moli H + =Ca x Va = 5.0x10 -5 Moli OH - =Cb x Vb = 6.0x10 -5 H + + OH - H 2 O 5.0x x x10 -5

57 Calcolo del pH H + + OH - H 2 O HCl H + + Cl - 5 ml HCl 1x M Ioni H + provenienti da acido = 5,00x x 1x10 -2 NaoH Na + + OH - 10 ml NaOH 1x M Ioni OH - provenienti da base = 10,00x x 1x10 -2 [OH - ] = (10,00x10 -3 ) 1x (5,00x10 -3 ) 1x (10,00x10 -3 ) + (5,00x10 -3 ) = 3,3x10 -3 pOH =-log ( 3,3x ) =2,5 pH =11,5

58 Titolazioni acido-base

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60 L’effetto sul pH della aggiunta di una base ad una souzione acida NON é lineare! Fintanto che c’é un eccesso di ioni H +, LA SOLUZIONE E’ ACIDA ed il pH si calcola considerando la presenza di un ACIDO FORTE in soluzione Nel momento in cui tutto l’eccesso di H+ é neutralizzato, il pH diventa subito neutro (pH=7) La prima aggiunta successiva, anche molto piccola di base, fa diventare la soluzione BASICA ed il pH deve essere calcolato considerando la presenza in soluzione di una BASE FORTE

61 Titolazione base forte-acido forte Ho la stessa curva solo rigirata con punto equivalente sempre a pH = 7

62 Gli indicatori acido-base HIn + H 2 O H 3 O + + In - Colore dell’acidoColore della base Il colore della soluzione dipende dalle proporzioni relative di base e di acido pK HIn [In - ] pH = + log [HIn] In genere se il 90% o piu’ dell’indicatore è nella forma HIn la soluzione avrà il colore della forma acida, se nella forma In - quello della forma basica. Se la concentrazione di HIn e In- sono circa uguali il colore sarà intermedio.

63 La variazione completa di colore si ha in un intervallo di 2 unità pH con pH =pK HIn

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66 Titolazione acido debole-base forte

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68 Titolazione base debole-acido forte

69 Titolazione acido debole poliprotico-base forte

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