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Soluzioni tampone. Una soluzione tampone è una soluzione acquosa dove un acido debole e la sua base coniugata sono contemporaneamente presenti in soluzione.

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Presentazione sul tema: "Soluzioni tampone. Una soluzione tampone è una soluzione acquosa dove un acido debole e la sua base coniugata sono contemporaneamente presenti in soluzione."— Transcript della presentazione:

1 Soluzioni tampone

2 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

3 Soluzioni Tampone: come funziona Consdieriamo una soluzione contenente CH 3 COOH K a = [ CH 3 COO - ][H 3 O + ] [ CH 3 COOH ] CH 3 COOHCH 3 COO - +H3O+H3O+ KaKa [ CH 3 COO - ] [H 3 O + ] = [ CH 3 COOH ]

4 Soluzioni Tampone: come funziona Consdieriamo una soluzione contenente CH 3 COO - K b = [ CH 3 COOH ][OH - ] [ CH 3 COO - ] CH 3 COO - +H 2 OCH 3 COOH +OH - KbKb [ CH 3 COOH ] [OH - ] = [ CH 3 COO - ]

5 Soluzioni Tampone: come funziona Se mescolo acido e base debole i due equilibri saranno operativi insieme CH 3 COO - +H 2 OCH 3 COOH +OH - CH 3 COOHCH 3 COO - +H3O+H3O+ K a = ca K b = ca

6 Soluzioni Tampone: come funziona Se mescolo acido e base debole i due equilibri saranno operativi insieme CH 3 COO - +H 2 OCH 3 COOH +OH - CH 3 COOHCH 3 COO - +H3O+H3O+ K a = [ CH 3 COO - ][H 3 O + ] [ CH 3 COOH ]

7 Soluzioni Tampone: come funziona Se io aggiungo in soluzione una soluzione di CH 3 COOH in concentrazione Ca e di CH 3 COONa, in concentrazione Cs CH 3 COOHCH 3 COO - +H3O+H3O+ KaKa [ CH 3 COO - ] [H 3 O + ] = [ CH 3 COOH ] CH 3 COO - CH 3 COOH +OH - acido base

8 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 allequilibrio è interamente data dalla concentrazione stechiometrica dellacido di partenza

9 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 dellacido coniugato Quindi la concentrazione di CH3COO- allequilibrio è interamente data dalla concentrazione stechiometrica del sale di partenza

10 Soluzioni Tampone CH 3 COOHCH 3 COO - +H3O+H3O+ KaKa [ CH 3 COO - ] [H 3 O + ] = [ CH 3 COOH ] CH 3 COO - CH 3 COOH +OH - [ CH 3 COOH ]= Ca [ CH 3 COO - ] =Cs KaKa Ca [H 3 O + ] = Cs

11 Soluzioni Tampone KaKa Ca [H 3 O + ] = Cs Effetto della diluizione

12 Soluzioni Tampone KaKa Ca [H 3 O + ] = Cs Ca=Ca/10 Cs=Cs/10 KaKa Ca [H 3 O + ] = Cs = Ca/10 Cs/10 = Ca Cs

13 Soluzioni Tampone KaKa Ca [H 3 O + ] = Cs Se la soluzione tampone viene diluita o concentrata, il rapporto Ca/Cs non cambia e quindi il pH rimane cost.

14 Soluzioni Tampone KaKa Ca [H 3 O + ] = Cs Effetto della aggiunta di acido o base forte in piccole* quantità Piccole=minore di Ca o Cs

15 Soluzioni Tampone Aggiungo Acido forte C 0 HCl HClH + + Cl -

16 Soluzioni Tampone CH 3 COOHCH 3 COO - +H3O+H3O+ Aggiungo Acido forte C 0 HCl [ CH 3 COOH ]= Ca HClH + + Cl -

17 Soluzioni Tampone CH 3 COOHCH 3 COO - +H3O+H3O+ Aggiungo Acido forte C 0 HCl [ CH 3 COOH ]= Ca+ C 0 HCl HClH + + Cl -

18 Soluzioni Tampone CH 3 COOHCH 3 COO - +H3O+H3O+ Aggiungo Acido forte C 0 HCl [ CH 3 COOH ]= Ca+ C 0 HCl HClH + + Cl - [ CH 3 COO - ]= Cs- C 0 HCl

19 Soluzioni Tampone CH 3 COOHCH 3 COO - +H3O+H3O+ KaKa [ CH 3 COO - ] [H 3 O + ] = [ CH 3 COOH ] CH 3 COO - CH 3 COOH +OH - KaKa Ca + C 0 HCl [H 3 O + ] = Cs- C 0 HCl [ CH 3 COOH ]= Ca+ C 0 HCl [ CH 3 COO - ]= Cs- C 0 HCl Aggiungo Acido forte C 0 HCl

20 Soluzioni Tampone Aggiungo Base forte C 0 NaOH NaOHNa + + OH -

21 Soluzioni Tampone CH 3 COO - CH 3 COOH +OH - [ CH 3 COO - ]= Cs Aggiungo Base forte C 0 NaOH NaOHNa + + OH -

22 Soluzioni Tampone CH 3 COO - CH 3 COOH +OH - [ CH 3 COO - ]= Cs+ C 0 NaOH Aggiungo Base forte C 0 NaOH NaOHNa + + OH -

23 Soluzioni Tampone CH 3 COO - CH 3 COOH +OH - [ CH 3 COO - ]= Cs+ C 0 NaOH Aggiungo Base forte C 0 NaOH NaOHNa + + OH - [ CH 3 COOH ]= Ca- C 0 NaOH

24 Soluzioni Tampone CH 3 COOHCH 3 COO - +H3O+H3O+ KaKa [ CH 3 COO - ] [H 3 O + ] = [ CH 3 COOH ] CH 3 COO - CH 3 COOH +OH - KaKa Ca - C 0 NaOH [H 3 O + ] = Cs+ C 0 NaOH [ CH 3 COOH ]= Ca- C 0 NaOH [ CH 3 COO - ]= Cs+ C 0 NaOH Aggiungo Base forte C 0 NaOH

25 Soluzioni Tampone CH 3 COOHCH 3 COO - +H3O+H3O+ Aggiungo Acido forte C 0 HCl [ CH 3 COO - ] =Cs- C 0 HCl HClH + + Cl - [ CH 3 COOH ]= Ca+ C 0 HCl CH 3 COOHCH 3 COO - +H3O+H3O+ Aggiungo Base forte C 0 NaOH [ CH 3 COO - ] =Cs+C 0 NaOH NaOHNa + + OH - [ CH 3 COOH ]= Ca- C 0 NaOH

26 Soluzioni Tampone Aggiungo Acido forte C 0 HCl HClH + + Cl - Aggiungo Base forte C 0 NaOH NaOHNa + + OH - KaKa Ca - C 0 NaOH [H 3 O + ] = Cs+ C 0 NaOH KaKa Ca + C 0 HCl [H 3 O + ] = Cs- C 0 HCl

27 Soluzioni Tampone Sommario Proprietà Una 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 dellaggiunta 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

28 Soluzioni Tampone Sommario

29 Acidi poliprotici H 2 SO 4 + H 2 O H 3 O + + HSO 4 - HSO H 2 O H 3 O + + SO 4 2- Ka 1 >1 Ka 2 = 2x10 -2 [H+] = [H+] + [H+] Somma degli H+ derivanti da entrambe le dissociazioni acide

30 Equilibri simultanei Una soluzione di H 2 SO 4 in H 2 O equivale ad una soluzione di Acido FORTE (Ka 1 >1) + una soluzione di Acido DEBOLE (Ka 2 = 2x10 -2 ) H 2 SO 4 + H 2 O H 3 O + + HSO 4 - Ka 1 >1 Questo equilibrio è completamente spostato a dx [H + ]=C 0A HSO H 2 O H 3 O + + SO 4 2- Ka 2 = 2x10 -2 K a2 = [ H 3 O + ] [SO 4 2- ] [HSO 4 - ] = (C 0A +x) x (C 0A -x)

31 (torniamo a) Acidi poliprotici Cosa succede se anche la prima dissociazione non è forte (Ka1<1) Es H 3 PO 4 CO 2 SO 2

32 Reazioni acido-base Lequilibrio acido-base del tipo Acido 1 + Base 2 Base 1 + Acido 2 E sempre spostato verso la coppia piu debole

33 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.

34 Acidi e basi pH di acidi forti pH di acidi deboli Grado di dissociazione K a K b =K w pH di soluzioni saline Titolazione acido-base Acidi e basi poliprotici Equilibri simultanei Soluzioni tampone

35 Equilibri simultanei Nel caso di un sistema dove cè 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 M di CH 3 COOH in presenza ed in assenza di HCl

36 Equilibri simultanei Una soluzione di HCl in H 2 O Acido FORTE (Ka 1 >1) + una soluzione di CH 3 COOH Acido DEBOLE (Ka= 2x10 -5 ) HCl + H 2 O H 3 O + + Cl - Ka 1 >1 Questo equilibrio è completamente spostato a dx [H + ]=C 0HCl CH 3 COOH + H 2 O H 3 O + + CH 3 COO - Ka= 2x10 -5 K a = [ H 3 O + ] [CH 3 COO - ] [CH 3 COOH ] = (C 0HCl +x) x (C 0Hac -x)

37 Equilibri simultanei Una soluzione di NaOH in H 2 O Base FORTE (Kb>1) + una soluzione di CH 3 COOH Acido DEBOLE (Ka= 2x10 -5 ) NaOH + H 2 O Na + + OH - Ka 1 >1 Questo equilibrio è completamente spostato a dx [OH - ]=C 0b CH 3 COOH + H 2 O H 3 O + + CH 3 COO - Ka= 2x10 -5 Questo equilibrio sarà spostato a sn o a dx dalla presenza di una base forte?

38 Domanda Perché fino ad adesso, in presenza di un acido forte non abbiamo mai considerato gli H + che derivano dalla dissociazione di H 2 O? Perché la presenza di un altro acido sposta completamente a sinistra lequilibrio di autoprotolisi. Pertanto il contributo degli H + che derivano dalla autoprotolisi è trascurabile 2 H 2 O H 3 O + + OH - Kw=[H + ][OH - ]= (C 0A +x)(x)=10 -14

39 Acido diluito in acqua Qualora un acido debole sia presente in concentrazioni molto diluite la concentrazione degli H + che derivano dalla dissociazione di H 2 O deve comunque essere considerata. Es: calcolare il pH di una soluzione M di HClO 4

40 Esempi Acidi forti HCl, HNO 3 Acidi deboli CH 3 COOH, HCN, NH 4 + Basi forti NaOH, KOH Basi deboli NH 3, CH 3 COO -, CN - Sali di Acidi e basi forti NaCl, KNO 3 Sali di Acidi deboli e basi forti CH 3 COONa, KCN, Sali di basi deboli e acidi forti NH 4 Cl

41 Acido 1 + Base 2 Reazioni acido-base Base 1 + Acido 2 CH 3 COOH +NH 3 CH 3 COO - + NH 4 + K b = [ OH - ] [NH 4 + ] [NH 3 ] K a = [ CH 3 COO - ][H 3 O + ] [ CH 3 COOH ]

42 Acido 1 + Base 2 Reazioni acido-base Base 1 + Acido 2 CH 3 COOH +NH 3 CH 3 COO - + NH 4 + [NH 4 + ] [NH 3 ] K eq = [ CH 3 COO - ] [ CH 3 COOH ] [ OH - ][H 3 O + ] [ OH - ]

43 Acido 1 + Base 2 Reazioni acido-base Base 1 + Acido 2 CH 3 COOH +NH 3 CH 3 COO - + NH 4 + [NH 4 + ] [NH 3 ] K eq = [ CH 3 COO - ] [ CH 3 COOH ] [ OH - ][H 3 O + ] [ OH - ]

44 Acido 1 + Base 2 Reazioni acido-base Base 1 + Acido 2 CH 3 COOH +NH 3 CH 3 COO - + NH 4 + [ OH - ] [NH 4 + ] [NH 3 ] K eq = [ CH 3 COO - ] [H 3 O + ] [ CH 3 COOH ] [H 3 O + ][ OH - ]

45 Acido 1 + Base 2 Reazioni acido-base Base 1 + Acido 2 CH 3 COOH +NH 3 CH 3 COO - + NH 4 + =Ka1*Kb2 [ OH - ] [NH 4 + ] [NH 3 ] K eq = [ CH 3 COO - ] [H 3 O + ] [ CH 3 COOH ] [H 3 O + ][ OH - ] Kw =Ka1/Ka2

46 Reazioni acido-base

47 (alcuni) Argomenti Acidi e basi coniugate Acidi deboli Grado di dissociazione Reazioni acido-base Acidi senza H +

48 Acidi e basi di Lewis Acidi di Lewis= specie che possono accettare in compartecipazione una coppia di elettroni da unaltra specie. Base di Lewis = specie che può cedere in compartecipazione una coppia di elettroni ad unaltra sostanza. B F F F N H H H + N H H H B F F F


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