Acidi e basi pH di acidi forti pH di acidi deboli

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

Titolazioni acido-base
Punto Equivalente pH del punto equivalente Come varia il pH durante la titolazione Casi diversi 1. Titolazione di una base forte con un acido forte 2. Titolazione di una base forte con un acido debole 2bis. Titolazione di una base debole con un acido forte 3. Titolazione di una base debole con un acido debole

Titolazione acido-base
Titolare significa determinare la 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

Titolare significa determinare la esatta concentrazione di una sostanza a concentrazione (titolo) ignoto HA H+ + A- BOH B+ + OH- H2O H+ + OH- H2O H+ + OH- Kw=10-14

Titolare significa determinare la esatta concentrazione di una sostanza a concentrazione (titolo) ignoto HA H+ + A- Moli H+ = Ca x Va BOH B+ + OH- Moli OH- = Cb x Vb H2O H+ + OH- H2O H+ + OH- Kw=10-14

Si ha il PUNTO EQUIVALENTE Qunado le moli di H+ provenienti dall’acido sono uguali alle moli di OH- provenienti dalla base H2O H+ + OH- Ma x Va = Mb x Vb IL PUNTO EQUIVALENTE è INDIPENDENTE dal fatto che acido o base siano forti o deboli Per quanto deboli possano essere l’acido o la base, la reazione di formazione di H2O sarà spostata a destra in modo QUANTITAVO.

pH del punto equivalente
H2O H+ + OH- Ma x Va = Mb x Vb 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.

H2O H+ + OH- Ma x Va = Mb x Vb Acido Forte HCl + Base debole NH3 Sale in soluzione: NH4Cl Lo ione Cl- non ha proprietà acido-base significative Lo ione NH4+ è un acido debole (acido coniugato di base debole NH3) , pertanto il pH del punto equivalente è < 7.

H2O H+ + OH- Ma x Va = Mb x Vb 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.

Sale di acido forte e base debole
Es: NH4Cl pH acido No base Acido debole NH4OH NH4+ + H2O NH3 + H3O+ Ka=5.5x10-10 Cl- + H2O HCl + OH- Kb<1x10-14

NH4+ + H2O H3O+ + NH3 Ka=5.5x10-10 [ H3O+ ] [NH3 ] [ H3O+ ]=x Ka = [NH4+ ] x x x2 [ H3O+ ]=(KaCs)1/2 Ka = = (CS -x) CS

[H+]=(CSKa)1/2 Ka= acido coniugato della base debole

Abbiamo analizzato la situazione al Punto equivalente
Cosa succede durante la titolazione? Ovvero come si determina il pH quando si consideranoquantità NON EQUIVALENTI di H+ e di OH- ?

A 5.0 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M si aggiungono 10 ml di una soluzione 1x10-2 M di NH3. Le aggiunte sono fatte 1.0 ml alla volta. Calcolare per ogni aggiunta il valore del pH

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

5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H Cl- Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 Aggiungo 1ml di NaOH 1x M Moli OH-=Cb x Vb = 1.0x10-5 NaOH Na OH- Gli OH- che si formano dalla dissociazione basica reagiscono COMPLETAMENTE con l’ ECCESSO di acido forte per andare a formare H2O secondo la reazione H OH- H2O

5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H Cl- Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 Aggiungo 1ml di NaOH 1x M Moli OH-=Cb x Vb = 1.0x10-5 NaOH Na OH- Gli OH- che si formano dalla dissociazione basica reagiscono COMPLETAMENTE con l’ ECCESSO di acido forte per andare a formare H2O secondo la reazione H OH- 5.0x10-5 1.0x10-5

5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H Cl- Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 Aggiungo 1ml di NaOH 1x M Moli OH-=Cb x Vb = 1.0x10-5 NaOH Na OH- Gli OH- che si formano dalla dissociazione basica reagiscono COMPLETAMENTE con l’ ECCESSO di acido forte per andare a formare H2O secondo la reazione H OH- H2O 5.0x10-5 1.0x10-5

5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H Cl- Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 Aggiungo 1ml di NaOH 1x M Moli OH-=Cb x Vb = 1.0x10-5 NaOH Na OH- Gli OH- che si formano dalla dissociazione basica reagiscono COMPLETAMENTE con l’ ECCESSO di acido forte per andare a formare H2O secondo la reazione H OH- H2O 1.0x10-5 4.0x10-5

5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H Cl- Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 Aggiungo 1ml di NaOH 1x M Moli OH-=Cb x Vb = 1.0x10-5 NaOH Na OH- Gli OH- che si formano dalla dissociazione basica reagiscono COMPLETAMENTE con l’ ECCESSO di acido forte per andare a formare H2O secondo la reazione H OH- H2O 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 10 -2 = 6,67x10-3 (5,00x10-3 ) + (1,00x10-3 ) pH =-log ( 6,67x ) =2,2

5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H Cl- Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 Aggiungo 2ml di NaOH 1x M Moli OH-=Cb x Vb = 2.0x10-5 NaOH Na OH- H OH- H2O 5.0x10-5 2.0x10-5 3.0x10-5

5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H Cl- Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 ! Aggiungo 5ml di NaOH 1x M Moli OH-=Cb x Vb = 5.0x10-5 NaOH Na OH- H2O H OH-

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

5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H Cl- ! Aggiungo 5ml di NaOH 1x M NaOH Na OH- H2O H OH- 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 ?

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 H2O H2O H OH- La concentrazione degli ioni H+ dipende solo dall’equilibrio di autoprotolisi dell’acqua, pertanto [H+ ] = [OH- ] =10 -7 pH = pOH =7

Cosa accade se continuo ad aggiungere NaOH 1x M, facendo aggiunte di 1ml alla volta? H2O H OH- HCl H Cl- 5 ml HCl 1x 10-2 M Ioni H+ provenienti da acido = 5,00x 10-3 x 1x10-2 NaoH Na OH- 6 ml NaOH 1x 10-2 M Ioni OH- provenienti da base = 6,00x 10-3 x 1x10-2 [OH- ] = (6,00x10-3 ) 1x (5,00x10-3 ) 1x 10 -2 = 9,1x10-4 (6,00x10-3 ) + (5,00x10-3 ) pOH =-log ( 9,1x ) =3,0 pH =11,0

H2O H OH- HCl H Cl- 5 ml HCl 1x 10-2 M Ioni H+ provenienti da acido = 5,00x 10-3 x 1x10-2 NaoH Na OH- 7 ml NaOH 1x 10-2 M Ioni OH- provenienti da base = 7,00x 10-3 x 1x10-2 [OH- ] = (7,00x10-3 ) 1x (5,00x10-3 ) 1x 10 -2 = 1,7x10-3 (7,00x10-3 ) + (5,00x10-3 ) pOH =-log ( 1,7x ) =2,8 pH =11,2

H2O H OH- HCl H Cl- 5 ml HCl 1x 10-2 M Ioni H+ provenienti da acido = 5,00x 10-3 x 1x10-2 NaoH Na OH- 10 ml NaOH 1x 10-2 M Ioni OH- provenienti da base = 10,00x 10-3 x 1x10-2 [OH- ] = (10,00x10-3 ) 1x (5,00x10-3 ) 1x 10 -2 = 3,3x10-3 (10,00x10-3 ) + (5,00x10-3 ) pOH =-log ( 3,3x ) =2,5 pH =11,5

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

Ripetiamo l’esperimento considerando sempre un acido forte ma consideriamo l’aggiunta di unaBASE DEBOLE

5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H Cl- Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 Moli OH-=Cb x Vb = 1.0x10-5 Aggiungo 1ml di NH3 1x M NH NH OH- Gli OH- che si formano dalla dissociazione basica reagiscono COMPLETAMENTE con l’ ECCESSO di acido forte per andare a formare H2O secondo la reazione H OH- H2O 5.0x10-5 1.0x10-5 4.0x10-5

5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H Cl- Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 Aggiungo 3ml di NH3 1x M Moli OH-=Cb x Vb = 3.0x10-5 NH NH OH- Gli OH- che si formano dalla dissociazione basica reagiscono COMPLETAMENTE con l’ ECCESSO di acido forte per andare a formare H2O secondo la reazione H OH- H2O 5.0x10-5 3.0x10-5 2.0x10-5

5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H Cl- Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 Aggiungo 5ml di NH3 1x M Moli OH-=Cb x Vb = 5.0x10-5 NH NH OH- Gli OH- che si formano dalla dissociazione basica reagiscono COMPLETAMENTE con l’ ECCESSO di acido forte per andare a formare H2O secondo la reazione H OH- H2O 5.0x10-5 5.0x10-5 ?

Al punto EQUIVALENTE, tutto l’acido é stato neutralizzato dalla base in soluzione rimangono solamente I controioni di acido e base, ovvero NH4+ e Cl- dal momento che tutti gli H+ e tutti gli OH- hanno reagito in modo quantitativo per formare H2O H2O H OH- La reazione qui sotto indicata NON puo’ essere trascurata perché l’acido coniugato di una base debole é un acido debole e la sua reazione acida deve essere considerata NH H2O NH H+

Il pH é determinato proprio dalla reazione acida dello ione NH4+ Da un punto di vista numerico, il problema si affronta come quello di una soluzione di NH4Cl, che dipende dalla concentrazione del sale e dall a Ka dello ione ammonio l pH é determinato proprio dalla reazione acida dello ione NH4+ ( [H+] = ( Cs x Ka) ½ = 5x10-3 x 1x10-2x ) 1/2 = 1,66x10-6 x 5.5x10-10 (5x x10-3) pH = log ( 1,66 x 10-6) = 5,78

Pero’… attenzione a cosa succede quando, nel caso precedente, si continua ad aggiungere una base debole

5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H Cl- Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 Aggiungo 5ml di NH3 1x M Moli OH-=Cb x Vb = 5.0x10-5 NH NH OH- Gli OH- che si formano dalla dissociazione basica reagiscono COMPLETAMENTE con l’ ECCESSO di acido forte per andare a formare H2O secondo la reazione H OH- H2O 5.0x10-5 5.0x10-5

NH3 + H+ NH4+ NH3 + H2O NH4+ + OH-

NH3 + H+ NH4+ NH3 + H2O NH4+ + OH- Quando aggiungo ancora 1 ml di NH3 non ci sono piu’ H+ da neutralizzare. Poiché NH3 é una base debole, NH3 in eccesso non é completamente spostato a destra, coem nel caso di una agiunta di NaOH

NH3 + H+ NH4+ NH3 + H2O NH4+ + OH- Quando in soluzione abbiamo contemporaneamente NH3 e NH4+ , ciascuno dei due equilibri sposta verso sinistra l’altro

NH3 + H+ NH4+ NH3 + H2O NH4+ + OH- 5x10-3 x 1x10-2 [OH-] 1,8x10-5 [NH4+] [OH-] (5x x10-3) Kb= = [NH3] 1x10-3 x 1x10-2 (5x x10-3) [OH-] = 3,6 x10-6 pOH = 5,44 pH = 8,56

La presenza contemporanea di una base debole e della sua base coniugata, contribuisce a rendere il pH della soluzione relativamente stabile ed insensibile rispetto all’aggiunta della base.

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- ]

Consdieriamo una soluzione contenente CH3COO- [ CH3COOH ] [OH-] CH3COO- +H2O CH3COOH + OH- Kb = [ CH3COO- ] [ CH3COO - ] [OH-] = Kb [ CH3COOH ]

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

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

[ 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-

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

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+

[ 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

CH3COOH + OH- [ CH3COO - ]= Cs+ C0NaOH

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

[ 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

Acidi e basi pH di acidi forti pH di acidi deboli

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