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 [ CH3COO- ] [H3O+] CH3COOH CH3COO- + H3O+ Ka = [ CH3COOH ] [ CH3COOH ] [H3O+] = Ka [ CH3COO- ]

Soluzioni Tampone: come funziona Consdieriamo una soluzione contenente CH3COO- [ CH3COOH ] [OH-] CH3COO- +H2O CH3COOH + OH- Kb = [ CH3COO- ] [ CH3COO - ] [OH-] = Kb [ CH3COOH ]

Soluzioni Tampone: come funziona Se mescolo acido e base debole i due equilibri saranno operativi insieme CH3COOH CH3COO- + H3O+ Ka = ca. 10-5 CH3COO- +H2O CH3COOH + OH- Kb = ca. 10-10

Soluzioni Tampone: come funziona Se mescolo acido e base debole i due equilibri saranno operativi insieme [ CH3COO- ] [H3O+] CH3COOH CH3COO- + H3O+ Ka = [ CH3COOH ] CH3COO- +H2O CH3COOH + OH-

Soluzioni Tampone: come funziona [ CH3COOH ] [H3O+] = Ka [ CH3COO- ] Se io aggiungo in soluzione una soluzione di CH3COOH in concentrazione Ca e di CH3COONa, in concentrazione Cs acido CH3COOH CH3COO- + H3O+ base CH3COO- CH3COOH + OH-

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 ] [H3O+] = Ka [ CH3COO- ] CH3COOH [ CH3COOH ]= Ca CH3COO- CH3COOH + OH- [ CH3COO- ] =Cs Ca [H3O+] = Ka Cs

Effetto della diluizione Soluzioni Tampone Ca [H3O+] = Ka Cs Effetto della diluizione

Soluzioni Tampone Ca [H3O+] = Ka Cs C’a=Ca/10 C’s=Cs/10 Ca/10 Ca C’a

Soluzioni Tampone Ca [H3O+] = Ka Cs Se la soluzione tampone viene diluita o concentrata, il rapporto Ca/Cs non cambia e quindi il pH rimane cost.

Effetto della aggiunta di acido o base forte in piccole* quantità Soluzioni Tampone Ca [H3O+] = Ka Cs Effetto della aggiunta di acido o base forte in piccole* quantità Piccole=minore di Ca o Cs

Soluzioni Tampone Aggiungo Acido forte C0HCl HCl H+ + Cl-

Soluzioni Tampone Aggiungo Acido forte C0HCl HCl H+ + Cl- CH3COOH H3O+ [ CH3COOH ]= Ca

Soluzioni Tampone Aggiungo Acido forte C0HCl HCl H+ + Cl- [ CH3COOH ]= Ca+ C0HCl CH3COOH CH3COO- + H3O+

Soluzioni Tampone Aggiungo Acido forte C0HCl HCl H+ + Cl- [ CH3COOH ]= Ca+ C0HCl CH3COOH CH3COO- + H3O+ [ CH3COO- ]= Cs- C0HCl

Soluzioni Tampone Aggiungo Acido forte C0HCl [ CH3COOH ] [H3O+] = Ka [ CH3COOH ]= Ca+ C0HCl CH3COOH CH3COO- + H3O+ [ CH3COO- ]= Cs- C0HCl CH3COO- CH3COOH + OH- Ca + C0HCl [H3O+] = Ka Cs- C0HCl

Soluzioni Tampone Aggiungo Base forte C0NaOH NaOH Na+ + OH-

Soluzioni Tampone Aggiungo Base forte C0NaOH NaOH Na+ + OH- CH3COO - CH3COOH + OH- [ CH3COO - ]= Cs

Soluzioni Tampone Aggiungo Base forte C0NaOH NaOH Na+ + OH- CH3COO - CH3COOH + OH- [ CH3COO - ]= Cs+ C0NaOH

Soluzioni Tampone Aggiungo Base forte C0NaOH NaOH Na+ + OH- CH3COO - CH3COOH + OH- [ CH3COO - ]= Cs+ C0NaOH [ CH3COOH ]= Ca- C0NaOH

Soluzioni Tampone Aggiungo Base forte C0NaOH [ CH3COOH ] [H3O+] = Ka [ CH3COOH ]= Ca- C0NaOH CH3COOH CH3COO- + H3O+ [ CH3COO- ]= Cs+ C0NaOH CH3COO- CH3COOH + OH- Ca - C0NaOH [H3O+] = Ka Cs+ C0NaOH

Soluzioni Tampone Aggiungo Acido forte C0HCl HCl H+ + Cl- [ CH3COOH ]= Ca+ C0HCl CH3COOH CH3COO- + H3O+ [ CH3COO- ] =Cs-C0HCl Aggiungo Base forte C0NaOH NaOH Na+ + OH- [ CH3COOH ]= Ca- C0NaOH CH3COOH CH3COO- + H3O+ [ CH3COO- ] =Cs+C0NaOH

Soluzioni Tampone Aggiungo Acido forte C0HCl HCl H+ + Cl- Ca + C0HCl [H3O+] = Ka Cs- C0HCl Aggiungo Base forte C0NaOH NaOH Na+ + OH- Ca - C0NaOH [H3O+] = Ka Cs+ C0NaOH

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 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 Tampone Sommario

Acidi poliprotici [H+] = [H+] + [H+] H2SO4 + H2O H3O+ + HSO4 - Ka1>1 HSO4 - + H2O H3O+ + SO4 2- Ka2= 2x10-2 [H+] = [H+] + [H+] Somma degli H+ derivanti da entrambe le dissociazioni acide

Equilibri simultanei H2SO4 + H2O H3O+ + HSO4 - Una 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 [ H3O+ ] [SO42- ] (C0A +x) x = Ka2 = (C0A -x) [HSO4- ]

(torniamo a) Acidi poliprotici Cosa succede se anche la prima dissociazione non è forte (Ka1<1) Es H3PO4 CO2 SO2

Reazioni acido-base Base 1 + Acido 2 Acido 1 + Base 2 L’equilibrio acido-base del tipo Base 1 + Acido 2 Acido 1 + Base 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 basi pH di acidi forti pH di acidi deboli Grado di dissociazione KaKb=Kw pH di soluzioni saline Titolazione acido-base Acidi e basi poliprotici Equilibri simultanei Soluzioni 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 simultanei HCl + H2O H3O+ + Cl - Una 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 Ka= 2x10-5 CH3COOH + H2O H3O+ + CH3COO - [ H3O+ ] [CH3COO- ] (C0HCl +x) x = Ka = (C0Hac -x) [CH3COOH ]

Equilibri simultanei NaOH + H2O Na+ + OH - Una soluzione di NaOH in H2O Base FORTE (Kb>1) + una soluzione di CH3COOH Acido DEBOLE (Ka= 2x10-5) Ka1>1 NaOH + H2O Na+ + OH - Questo equilibrio è completamente spostato a dx [OH-]=C0b Ka= 2x10-5 CH3COOH + H2O H3O+ + CH3COO - Questo equilibrio sarà spostato a sn o a dx dalla presenza di una base forte?

Domanda 2 H2O H3O+ + OH - Kw=[H+][OH-]= (C0A+x)(x)=10-14 Perché fino ad adesso, in presenza di un acido forte non abbiamo mai considerato gli H+ che derivano dalla dissociazione di H2O? 2 H2O H3O+ + OH - 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 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 forti HCl, HNO3 Acidi deboli CH3COOH, HCN, NH4+ Basi forti NaOH, KOH Basi deboli NH3, CH3COO -, CN- Sali di Acidi e basi forti NaCl, KNO3 Sali di Acidi deboli e basi forti CH3COONa, KCN, Sali di basi deboli e acidi forti NH4Cl

Reazioni acido-base Base 1 + Acido 2 Acido 1 + Base 2 CH3COOH +NH3 CH3COO- + NH4 + Kb = [ OH- ] [NH4+] [NH3] Ka = [ CH3COO- ] [H3O+] [ CH3COOH ]

Reazioni acido-base Base 1 + Acido 2 Acido 1 + Base 2 CH3COOH +NH3 CH3COO- + NH4 + [ CH3COO- ] [NH4+] [ OH- ] [H3O+] Keq = [ CH3COOH ] [NH3]

Reazioni acido-base Base 1 + Acido 2 Acido 1 + Base 2 CH3COOH +NH3 CH3COO- + NH4 + [ CH3COO- ] [NH4+] [ OH- ] [H3O+] Keq = [ CH3COOH ] [NH3]

Reazioni acido-base Base 1 + Acido 2 Acido 1 + Base 2 CH3COOH +NH3 CH3COO- + NH4 + [ CH3COO- ] [NH4+] [H3O+] [ OH- ] Keq = [H3O+] [ OH- ] [ CH3COOH ] [NH3]

Reazioni acido-base Base 1 + Acido 2 Acido 1 + Base 2 CH3COOH +NH3 CH3COO- + NH4 + [ CH3COO- ] [NH4+] [H3O+] [ OH- ] Keq = =Ka1*Kb2 [H3O+] [ OH- ] [ CH3COOH ] [NH3] 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 Lewis Acidi 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. H H F F F B N H + N H F B F H F H