analisiMedI_orioli(cap5) SOLUZIONI TAMPONE Le soluzioni tampone hanno la proprietà caratteristica di manifestare variazioni di pH insignificanti per effetto dell’aggiunta di quantità moderate di acidi o basi analisiMedI_orioli(cap5)

I soluti che agiscono in questo modo Esempio: il sangue Nel sangue esiste la coppia H2CO3 / HCO3- H2CO3 + OH-  HCO3- + H2O HCO3- + H+  H2CO3 I soluti che agiscono in questo modo si chiamano TAMPONI analisiMedI_orioli(cap5)

analisiMedI_orioli(cap5) Da quali componenti è costituito un tampone? Due soluti principali: ACIDO DEBOLE (HA) E UN SALE SOLUBILE DI QUELL’ACIDO (NaA) Per un sistema HA/NaA: A- + H+  HA HA + OH-  A- + H2O analisiMedI_orioli(cap5)

analisiMedI_orioli(cap5) Esempi CH3COOH / CH3COONa CH3COOH + OH-  CH3COO- + H2O CH3COO- + H3O+  CH3COOH + H2O Base debole + il suo sale NH3 / NH4Cl NH3 + H3O+  NH4+ + H2O NH4+ + OH-  NH3 + H2O analisiMedI_orioli(cap5)

analisiMedI_orioli(cap5) 1L H2O + 0.01 mol OH- 1L H2O 1L H2O + 0.01 mol H+ pH 2 7 12 Buffer: 1M in CH3COOH e 1 M in CH3COONa 1L buffer + 0.01 mol OH- 1L buffer 1L buffer + 0.01 mol H+ analisiMedI_orioli(cap5)

Considerare una soluzione di acido acetico e sodio acetato (1M) Calcolare pH Usiamo l’equazione della Ka relativa all’acido debole presente nel tampone CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+ Ka = [H3O+][CH3COO- ] / [CH3COOH] = 1.8 x 10-5 [H3O+] = 1.8 x 10-5 x [CH3COOH] / [CH3COO- ] analisiMedI_orioli(cap5)

analisiMedI_orioli(cap5)  CH3COOH CH3COO- + H3O+ Qtà iniziale (M): 1 1 Qtà reagita/formata (M): -x +x +x Qtà all’equilibrio (M): 1-x 1+x x x <<< 1 HA è un acido debole  [CH3COO- ]  1 [CH3COOH ]  1 [H3O+] = 1.8 x 10-5 x 1/1 = 1.8 x 10-5 M pH = -log [H3O+] = -log (1.8 x 10-5) = 4.74 analisiMedI_orioli(cap5)

analisiMedI_orioli(cap5) Supponiamo di aggiungere NaOH tale da ottenere una concentrazione finale di ioni OH- = 0.02M. Calcolare il pH.  CH3COOH + OH- CH3COO - + H2O Conc iniziale (M): 1 1 Conc aggiunta (M): 0.02 Conc variata (M): -0.02 -0.02 0.02 Conc dopo neutralizz.(M): 0.98 1.02 [H3O+] = x = Ka [CH3COOH] / [CH3COO-] [H3O+] = 1.8 x 10-5 x 0.98 / 1.02 = 1.7 x 10-5 pH = -log 1.7 x 10-5 = 4.77 analisiMedI_orioli(cap5)

analisiMedI_orioli(cap5) Supponiamo di aggiungere HCl tale da ottenere una concentrazione finale di ioni HCl = 0.02M. Calcolare il pH.  CH3COO - + H3O+ CH3COOH - + H2O Conc iniziale (M): 1 1 Conc aggiunta (M): 0.02 Conc variata (M): -0.02 -0.02 0.02 Conc dopo neutralizz (M): 0.98 1.02 [H3O+] = x = Ka [CH3COOH] / [CH3COO-] [H3O+] = 1.8 x 10-5 x 1.02 / 0.98 = 1.9 x 10-5 pH = -log (1.9 x 10-5) = 4.72 analisiMedI_orioli(cap5)

analisiMedI_orioli(cap5) Soluzione tampone acetato (CH3COOH/CH3COONa) 1M = pH 4.74 Soluzione tampone acetato (CH3COOH/CH3COONa) 1M + HCl 0.02 M = pH 4.72 Soluzione tampone acetato (CH3COOH/CH3COONa) 1M +NaOH 0.02 M = pH 4.77 analisiMedI_orioli(cap5)

analisiMedI_orioli(cap5) Da un punto di vista generale, un tampone è più efficace se le concentrazioni dell’acido e della base coniugata corrispondente sono uguali la capacità tampone, ovvero la stabilità del pH rispetto all’aggiunta di acidi o basi forti, è tanto maggiore quanto è maggiore la concentrazione dei due costituenti. In altre parole, tanto più sono concentrati i componenti del tampone, tanto più acidi e basi possono essere neutralizzati. analisiMedI_orioli(cap5)

analisiMedI_orioli(cap5) Tamponi di uso comune Acido citrico-sodio citrato pH 3-6.2 Acido acetico-sodio acetato pH 3.6-5.6 KH2PO4-K2HPO4 pH 6.9-8.0 Acido borico-sodio borato pH 8.7-9.2 Sodio carbonato-sodio bicarbonato pH 9.1-10.7 Ammoniaca-cloruro di ammonio pH  9 analisiMedI_orioli(cap5)

analisiMedI_orioli(cap5) A 0.5L di una soluzione 0.1M di CH3COOH e 0.5 M di CH3COONa si aggiungono 400 ml di una soluzione 1M di HCl. Calcolare il pH della soluzione finale Volume soluz.finale= 0.9L [CH3COOH]finale = 0.5L x 0.1M / 0.9L = 0.055M [CH3COONa]finale = 0.5L x 0.5M / 0.9L = 0.278M [HCl]finale = 0.4L x 1.0M / 0.9L = 0.444M  CH3COO - + H3O+ CH3COOH + H2O analisiMedI_orioli(cap5)

analisiMedI_orioli(cap5)  CH3COO - + H3O+ CH3COOH - + H2O CH3COO - + H3O+ CH3COOH - + H2O Conc iniziale (M): Conc iniziale (M): 0.278 0.055 Conc aggiunta (M): Conc aggiunta (M): 0.444 Conc variata (M): Conc variata (M): -0.278 -0.278 0.278 Conc dopo neutralizzazione (M): Conc dopo neutralizzazione (M): 0.166 0.333 [H3O+] = 0.166 pH = -log (0.166) = 0.78 analisiMedI_orioli(cap5)

Preparazione di una soluzione tampone: pH 5; conc. CH3COONa 1M finale (volume 10ml) Reattivi a disposizione [CH3COOH] = 2M Ka = 1.8 x 10-5 [CH3COONa] = 2M Ki = 1 x 10-14 / 1.8 x 10-5 = 0.55 x 10-9 [CH3COOH] = 2M Ka = 1.8 x 10-5 [CH3COOH] = 2M Ka = 1.8 x 10-5 Conc.finale (equlibrio) di CH3COOH?  CH3COO- + H2O CH3COOH + OH- Conc. equilibrio 1 x 1 x 10-9 pOH = 9  [OH-] = 1 x 10-9 analisiMedI_orioli(cap5)

analisiMedI_orioli(cap5) Ki = 0.55 x 10-9 = [OH- ] [CH3COOH] / [CH3COO- ] = (1 x 10-9) (x) / 1 = x = 0.55 x 10-9 / 1 x 10-9 = 0.55M [CH3COOH] 2M  0.55M [CH3COO- ] 2M  1M Quanto volume di sodio acetato? M1V1 = M2V2 1M x 10ml = 2M x (xml) x = 5ml Quanto volume di acido acetico? M1V1 = M2V2 0.55M x 10ml = 2M x (xml) x = 2.75ml analisiMedI_orioli(cap5)

analisiMedI_orioli(cap5) Si uniscono 5 ml di soluzione di sodio acetato a 2.75 ml di soluzione di acido acetico poi Si porta a volume (10ml) con acqua Si verifica il pH con cartina indicatrice analisiMedI_orioli(cap5)

analisiMedI_orioli(cap5) Calcolare quanti grammi di Na2CO3 bisogna aggiungere a 1.5L di NaHCO3 (0.2M) per ottenere una soluzione tampone a pH = 10 Ka HCO3- = 4.7 x 10-11 Na2CO3 / NaHCO3 tampone HCO3- + H2O CO32- + H3O+ Ka = 4.7 x 10-11 = [CO32- ] [H3O+] / [HCO3-]  pH = 10 [H3O+]eq = 1 x 10-10 [CO32- ]eq = Ka [HCO3-] / [H3O+] = (4.7 x 10-11 )(0.2) / 1 x 10-10 = 0.094M analisiMedI_orioli(cap5)

analisiMedI_orioli(cap5) PM (Na2CO3) [CO32- ]eq = 0.094 mol in 1 L In 1.5L? 0.094 mol x 1.5 L = 0.141 mol Corrispondenti a g (Na2CO3) = 0.141 mol x PM analisiMedI_orioli(cap5)