Titolazioni acido-base

Titolazioni acido-baseA 5 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 ml alla volta. Calcolare per ogni aggiunta il valore del pH

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

HCl é acido forte, la reazione di dissociazione acida é completamente spostata a destra

HCl H+ + Cl-

[H+ ] = 1x 10 -2 M

pH =-log ( 1x 10 -2 ) =2

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 1ml di NaOH 1x 10-2 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 H2O secondo la reazione

H+ + OH- H2O

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 1ml di NaOH 1x 10-2 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 H2O secondo la reazione

H+ + OH- H2OLa concentrazione in soluzione degl ioni H+ é quella iniziale meno quelli che hanno reagito con OH- per formare acqua

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 1ml di NaOH 1x 10-2 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 H2O secondo la reazione

H+ + OH- H2OLa concentrazione in soluzione degl ioni H+ é quella iniziale meno quelli che hanno reagito con OH- per formare acqua[H+ ] = (5,00x10-3 ) 1x 10 -2 - (1,00x10-3 ) 1x 10 -2 = 6,67x10-3

pH =-log ( 6,67x 10 -3 ) =2,2

(5,00x10-3 ) + (1,00x10-3 )

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 2ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 2ml di NaOH 1x 10-2 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 10 -2 - (2,00x10-3 ) 1x 10 -2 = 4,28x10-3

pH =-log ( 4,28x 10 -3 ) =2,4

(5,00x10-3 ) + (2,00x10-3 )

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 3ml di NaOH 1x 10-2 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 10 -2 - (3,00x10-3 ) 1x 10 -2 = 2,50x10-3

pH =-log ( 2,50x 10 -3 ) =2,6

(5,00x10-3 ) + (3,00x10-3 )

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 4ml di NaOH 1x 10-2 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 10 -2 - (4,00x10-3 ) 1x 10 -2 = 1,10x10-3

pH =-log ( 2,50x 10 -3 ) =3,0

(5,00x10-3 ) + (4,00x10-3 )

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 5ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

H+ + OH- H2O

!

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 5ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

H+ + OH- H2O

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

!

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 5ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

H+ + OH- H2O

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 ?

Titolazioni acido-baseAl 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

H+ + OH- H2O

Titolazioni acido-baseAl 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

H+ + OH- H2O

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- + H2O HCl + OH-

Na+ + H2O NaOH + H+

Sono COMPLETAMENTE spostate a sinistra e non contribuiscono a fornire nè ioni H+ ne ioni OH- alla soluzione

Titolazioni acido-baseAl 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

H+ + OH- H2O

La concentrazione degli ioni H+ dipende solo dall’equilibrio di autoprotolisi dell’acqua, pertanto

[H+ ] = [OH- ] =10 -7

pH = pOH =7

Titolazioni acido-baseCosa accade se continuo ad aggiungere NaOH 1x 10 -2 M, facendo aggiunte di 1ml alla volta?

H+ + OH- H2O

Titolazioni acido-baseCosa accade se continuo ad aggiungere NaOH 1x 10 -2 M, facendo aggiunte di 1ml alla volta?

H+ + OH- H2O

HCl H+ + Cl-

5 ml HCl 1x 10-2 MIoni H+ provenienti da acido = 5,00x 10-3 x

1x10-2 NaoH Na+ + OH-

6 ml NaOH 1x 10-2 MIoni OH- provenienti da base = 6,00x 10-3 x 1x10-2

Titolazioni acido-baseCosa accade se continuo ad aggiungere NaOH 1x 10 -2 M, facendo aggiunte di 1ml alla volta?

H+ + OH- H2O

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 10-2 MIoni H+ provenienti da acido = 5,00x 10-3 x

1x10-2 NaoH Na+ + OH-

6 ml NaOH 1x 10-2 MIoni OH- provenienti da base = 6,00x 10-3 x 1x10-2

Titolazioni acido-baseCosa accade se continuo ad aggiungere NaOH 1x 10 -2 M, facendo aggiunte di 1ml alla volta?

H+ + OH- H2O

HCl H+ + Cl-

5 ml HCl 1x 10-2 MIoni H+ provenienti da acido = 5,00x 10-3 x

1x10-2 NaoH Na+ + OH-

6 ml NaOH 1x 10-2 MIoni OH- provenienti da base = 6,00x 10-3 x 1x10-2

[OH- ] = (6,00x10-3 ) 1x 10 -2 - (5,00x10-3 ) 1x 10 -2 (6,00x10-3 ) + (5,00x10-3 )

= 9,1x10-4

pOH =-log ( 9,1x 10 -4 ) =3,0 pH =11,0

Titolazioni acido-base

H+ + OH- H2O

HCl H+ + Cl-

5 ml HCl 1x 10-2 MIoni H+ provenienti da acido = 5,00x 10-3 x

1x10-2 NaoH Na+ + OH-

7 ml NaOH 1x 10-2 MIoni OH- provenienti da base = 7,00x 10-3 x 1x10-2

[OH- ] = (7,00x10-3 ) 1x 10 -2 - (5,00x10-3 ) 1x 10 -2 (7,00x10-3 ) + (5,00x10-3 )

= 1,7x10-3

pOH =-log ( 1,7x 10 -3 ) =2,8 pH =11,2

Titolazioni acido-base

H+ + OH- H2O

HCl H+ + Cl-

5 ml HCl 1x 10-2 MIoni H+ provenienti da acido = 5,00x 10-3 x

1x10-2 NaoH Na+ + OH-

8 ml NaOH 1x 10-2 MIoni OH- provenienti da base = 8,00x 10-3 x 1x10-2

[OH- ] = (8,00x10-3 ) 1x 10 -2 - (5,00x10-3 ) 1x 10 -2 (8,00x10-3 ) + (5,00x10-3 )

= 2,3x10-3

pOH =-log ( 2,3x 10 -3 ) =2,6 pH =11,4

Titolazioni acido-base

H+ + OH- H2O

HCl H+ + Cl-

5 ml HCl 1x 10-2 MIoni H+ provenienti da acido = 5,00x 10-3 x

1x10-2 NaoH Na+ + OH-

9 ml NaOH 1x 10-2 MIoni OH- provenienti da base = 9,00x 10-3 x 1x10-2

[OH- ] = (9,00x10-3 ) 1x 10 -2 - (5,00x10-3 ) 1x 10 -2 (9,00x10-3 ) + (5,00x10-3 )

= 2,8x10-3

pOH =-log ( 2,8x 10 -3 ) =2,5 pH =11,5

Titolazioni acido-base

H+ + OH- H2O

HCl H+ + Cl-

5 ml HCl 1x 10-2 MIoni H+ provenienti da acido = 5,00x 10-3 x

1x10-2 NaoH Na+ + OH-

10 ml NaOH 1x 10-2 MIoni OH- provenienti da base = 10,00x 10-3 x

1x10-2 [OH- ] = (10,00x10-3 ) 1x 10 -2 - (5,00x10-3 ) 1x 10 -2

(10,00x10-3 ) + (5,00x10-3 ) = 3,3x10-3

pOH =-log ( 3,3x 10 -3 ) =2,5 pH =11,5

Titolazioni acido-baseacido forte-base forte

0

2

4

6

8

10

12

14

0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012

aggiunta ml OH-

pH

Titolazioni acido-baseacido forte-base forte

0

2

4

6

8

10

12

14

0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012

aggiunta ml OH-

pH

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

Titolazioni acido-base

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

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

HCl é acido forte, la reazione di dissociazione acida é completamente spostata a destra

HCl H+ + Cl-

[H+ ] = 1x 10 -2 M

pH =-log ( 1x 10 -2 ) =2

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 1ml di NH3 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NH3 NH4+ + 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

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 1ml di NH3 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NH3 NH4+ + 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- H2OLa concentrazione in soluzione degl ioni H+ é quella iniziale meno quelli che hanno reagito con OH- per formare acqua

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 1ml di NH3 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NH3 NH4+ + 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- H2OLa concentrazione in soluzione degl ioni H+ é quella iniziale meno quelli che hanno reagito con OH- per formare acqua[H+ ] = (5,00x10-3 ) 1x 10 -2 - (1,00x10-3 ) 1x 10 -2

(5,00x10-3 ) + (1,00x10-3 ) = 6,67x10-3

pH =-log ( 6,67x 10 -3 ) =2,2

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 2ml di NH3 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 2ml di NH3 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NH3 NH4+ + OH-

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 10 -2 - (2,00x10-3 ) 1x 10 -2 (5,00x10-3 ) + (2,00x10-3 )

= 4,28x10-3

pH =-log ( 4,28x 10 -3 ) =2,4

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 3ml di NH3 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NH3 NH4+ + OH-

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 10 -2 - (3,00x10-3 ) 1x 10 -2 (5,00x10-3 ) + (3,00x10-3 )

= 2,50x10-3

pH =-log ( 2,50x 10 -3 ) =2,6

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 4ml di NH3 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NH3 NH4+ + OH-

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 10 -2 - (4,00x10-3 ) 1x 10 -2 (5,00x10-3 ) + (4,00x10-3 )

= 1,10x10-3

pH =-log ( 1,10x 10 -3 ) =2,9

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 5ml di NH3 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NH3 NH4+ + OH-

H+ + OH- H2O

!

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 5ml di NH3 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NH3 NH4+ + OH-

H+ + OH- H2O

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

!

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 5ml di NH3 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NH3 NH4+ + OH-

H+ + OH- H2O

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

!

Cosa c’é in soluzione ?

Titolazioni acido-baseAl punto EQUIVALENTE, tutto l’acido é stato neutralizzato dalla base in soluzione rimangono solamente I controioni di acido forte e base debole , ovvero NH4

+ e Cl- dal momento che tutti gli H+ e tutti gli OH- hanno reagito in modo quantitativo per formare H2O

H+ + OH- H2O

Titolazioni acido-baseAl 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

H+ + OH- H2O

NH4+ sarebbe l’acido coniugato di una base debole, e Cl- la

base coniugata di un acido forte. Pertanto entrambe la reazione qui sotto indicate

Cl- + H2O HCl + OH-

Sono COMPLETAMENTE spostata a sinistra e non contribuiscono a fornire ioni H+

Titolazioni acido-baseAl 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

H+ + OH- H2O

NH4+ sarebbe l’acido coniugato di una base debole, e Cl- la

base coniugata di un acido forte. Pertanto entrambe la reazione qui sotto indicate

Cl- + H2O HCl + OH-

Sono COMPLETAMENTE spostata a sinistra e non contribuiscono a fornire ioni H+ INVECE….

Titolazioni acido-baseAl 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

H+ + OH- H2O

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

NH4+ + H2O NH3 + H+

Titolazioni acido-baseIl pH é determinato proprio dalla reazione acida dello ione NH4

+

x[H+] = ( Cs x Ka) ½ = 5x10-3 x 1x10-2x (5x10-3 + 5x10-3)

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 ammoniol pH é determinato proprio dalla reazione acida dello ione NH4

+

5.5x10-10

( )1/2 = 1,66x10-6

pH = log ( 1,66 x 10-6) = 5,78

Titolazioni acido-baseacido forte-base forte

acido fore-base debole

0

2

4

6

8

10

12

14

0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012

aggiunta ml OH-

pH

Titolazioni acido-baseFintanto 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+ PROVENIENTE DALL’ ACIDO FORE é neutralizzato, il pH risente della presenza di NH4

+, che é un ACIDO DEBOLE.

Al punto equivalente la soluzione é ACIDA.

acido forte-base forteacido fore-base debole

0

2

4

6

8

10

12

14

0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012

aggiunta ml OH-

pH

La reazione puo’ avvenire con una base forte o con una base debole ma il pH della soluzione prima del punto equivalente rimane lo stesso

Tuttavia, si osserva come, in prossimità del punto equivalente, una piccola aggiunta di base abbia un grande effetto sul pH.

Titolazioni acido-baseIn prossimità del punto equivalente, anche piccolissime aggiunte di acido o base possono avere effetti drammatici sul pH della soluzione

Questo é particolarmente importante, in biologia cellulare, biochimica, fisiologia, in ogni situazione nella quale vi sono reazioni o eventi che richiedono una acidità controllata. In una situazione come quella descritta in precedenza, la liberazione di una modesta quantità di ioni H+ potrebbe avere una enorme influenza sul pH. Questo é particolarmente vero se si considera l’intervallo di pH nel quale avvengono la magior parte dei processi biologici, ovvero intorno a pH=7.

acido forte-base forteacido fore-base debole

0

2

4

6

8

10

12

14

0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012

aggiunta ml OH-

pH

Titolazioni acido-basePero’… attenzione a cosa succede quando, nel caso precedente, si continua ad aggiungere una base debole

Titolazioni acido-baseNH3 + H+NH4

+

NH3 H2O NH4+ OH-++

Titolazioni acido-baseNH3 + 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

Titolazioni acido-baseNH3 + H+NH4

+

NH3 H2O NH4+ OH-++

Quando in soluzione abbiamo contemporaneamente NH3 e NH4

+ , ciascuno dei due equilibri sposta verso sinistra l’altro

Titolazioni acido-baseNH3 + H+NH4

+

NH3 H2O NH4+ OH-++

Kb=[NH4

+] [OH-][NH3] =

5x10-3 x 1x10-2 [OH-](5x10-3 + 6x10-3)

1x10-3 x 1x10-2

(5x10-3 + 6x10-3)

1,8x10-5

[OH-] = 3,6 x10-6 pOH = 5,44 pH = 8,56

Titolazioni acido-baseNH3 + H+NH4

+

NH3 H2O NH4+ OH-++

Kb=[NH4

+] [OH-][NH3] =

5x10-3 x 1x10-2 [OH-](5x10-3 + 7x10-3)

2x10-3 x 1x10-2

(5x10-3 + 7x10-3)

1,8x10-5

[OH-] = 7,2 x10-6 pOH = 5,14 pH = 8,86

Titolazioni acido-baseNH3 + H+NH4

+

NH3 H2O NH4+ OH-++

Kb=[NH4

+] [OH-][NH3] =

5x10-3 x 1x10-2 [OH-](5x10-3 + 8x10-3)

3x10-3 x 1x10-2

(5x10-3 + 8x10-3)

1,8x10-5

[OH-] = 1,1 x10-5 pOH = 4,97 pH = 9,03

Titolazioni acido-baseNH3 + H+NH4

+

NH3 H2O NH4+ OH-++

Kb=[NH4

+] [OH-][NH3] =

5x10-3 x 1x10-2 [OH-](5x10-3 + 9x10-3)

4x10-3 x 1x10-2

(5x10-3 + 9x10-3)

1,8x10-5

[OH-] = 1,4 x10-5 pOH = 4,84 pH = 9,16

Titolazioni acido-baseNH3 + H+NH4

+

NH3 H2O NH4+ OH-++

Kb=[NH4

+] [OH-][NH3] =

5x10-3 x 1x10-2 [OH-](5x10-3 + 10x10-3)

5x10-3 x 1x10-2

(5x10-3 + 10x10-3)

1,8x10-5

[OH-] = 1,8 x10-5 pOH = 4,74 pH = 9,26

Titolazioni acido-baseacido forte-base forte

0

2

4

6

8

10

12

14

0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012

aggiunta ml OH-

pH

Titolazioni acido-baseacido forte-base forte

0

2

4

6

8

10

12

14

0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012

aggiunta ml OH-

pH

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

Ka = [ CH3COO- ][H3O+]

[ CH3COOH ] CH3COOH CH3COO- + H3O+

Ka [ CH3COO- ]

[H3O+] =[ CH3COOH ]

Soluzioni Tampone: come funziona

Consdieriamo una soluzione contenente CH3COO-

Kb = [ CH3COOH ][OH-]

[ CH3COO- ] CH3COO- +H2O CH3COOH + OH-

Kb [ CH3COOH ]

[OH-] =[ CH3COO - ]

Soluzioni Tampone: come funziona

Se mescolo acido e base debole i due equilibri saranno operativi insieme

CH3COO- +H2O CH3COOH + OH-

CH3COOH CH3COO- + H3O+ Ka = ca. 10-5

Kb = ca. 10-10

Soluzioni Tampone: come funziona

Se mescolo acido e base debole i due equilibri saranno operativi insieme

CH3COO- +H2O CH3COOH + OH-

CH3COOH CH3COO- + H3O+

Ka = [ CH3COO- ][H3O+]

[ CH3COOH ]

Soluzioni Tampone: come funziona

Se io aggiungo in soluzione una soluzione di CH3COOH in concentrazione Ca e di CH3COONa, in concentrazione Cs

CH3COOH CH3COO- + H3O+

Ka [ CH3COO- ]

[H3O+] = [ CH3COOH ]

CH3COO- CH3COOH + OH-

acidobase

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 CH3COO- + H3O+

Ka [ CH3COO- ]

[H3O+] =[ CH3COOH ]

CH3COO- CH3COOH + OH-

[ CH3COOH ]= Ca

[ CH3COO- ] =Cs

Ka Ca[H3O+] =Cs

Soluzioni Tampone

Ka Ca[H3O+] =Cs

Effetto della diluizione

Soluzioni Tampone

Ka Ca[H3O+] =Cs

C’a=Ca/10C’s=Cs/10

Ka C’a[H3O+] =C’s

=Ca/10

Cs/10 =Ca

Cs

Soluzioni Tampone

Ka Ca[H3O+] =Cs

Se la soluzione tampone viene diluita o concentrata, il rapporto Ca/Cs non cambia e quindi il pH rimane cost.

Soluzioni Tampone

Ka Ca[H3O+] =Cs

Effetto della aggiunta di acido o base forte in piccole* quantità

Piccole=minore di Ca o Cs

Soluzioni Tampone Aggiungo Acido forte C0

HCl

HCl H+ + Cl-

Soluzioni Tampone

CH3COOH CH3COO- + H3O+

Aggiungo Acido forte C0HCl

[ CH3COOH ]= Ca

HCl H+ + Cl-

Soluzioni Tampone

CH3COOH CH3COO- + H3O+

Aggiungo Acido forte C0HCl

[ CH3COOH ]= Ca+ C0HCl

HCl H+ + Cl-

Soluzioni Tampone

CH3COOH CH3COO- + H3O+

Aggiungo Acido forte C0HCl

[ CH3COOH ]= Ca+ C0HCl

HCl H+ + Cl-

[ CH3COO- ]= Cs- C0HCl

Soluzioni Tampone

CH3COOH CH3COO- + H3O+

Ka [ CH3COO- ]

[H3O+] =[ CH3COOH ]

CH3COO- CH3COOH + OH-

Ka Ca + C0

HCl [H3O+] =Cs- C0

HCl

[ CH3COOH ]= Ca+ C0HCl

[ CH3COO- ]= Cs- C0HCl

Aggiungo Acido forte C0HCl

Soluzioni Tampone Aggiungo Base forte C0

NaOH

NaOH Na+ + OH-

Soluzioni Tampone

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

Aggiungo Base forte C0NaOH

NaOH Na+ + OH-

Soluzioni Tampone

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

Aggiungo Base forte C0NaOH

NaOH Na+ + OH-

Soluzioni Tampone

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

Aggiungo Base forte C0NaOH

NaOH Na+ + OH-

[ CH3COOH ]= Ca- C0NaOH

Soluzioni Tampone

CH3COOH CH3COO- + H3O+

Ka [ CH3COO- ]

[H3O+] =[ CH3COOH ]

CH3COO- CH3COOH + OH-

Ka Ca - C0

NaOH [H3O+] =Cs+ C0

NaOH

[ CH3COOH ]= Ca- C0NaOH

[ CH3COO- ]= Cs+ C0NaOH

Aggiungo Base forte C0NaOH

Soluzioni Tampone

CH3COOH CH3COO- + H3O+

Aggiungo Acido forte C0HCl

[ CH3COO- ] =Cs-C0

HCl

HCl H+ + Cl-

[ CH3COOH ]= Ca+ C0HCl

CH3COOH CH3COO- + H3O+

Aggiungo Base forte C0NaOH

[ CH3COO- ] =Cs+C0

NaOH

NaOH Na+ + OH-

[ CH3COOH ]= Ca- C0NaOH

Soluzioni Tampone Aggiungo Acido forte C0

HCl

HCl H+ + Cl-

Aggiungo Base forte C0NaOH

NaOH Na+ + OH-

Ka Ca - C0

NaOH[H3O+] =

Cs+ C0NaOH

Ka Ca + C0

HCl[H3O+] =

Cs- C0HCl

Soluzioni TamponeSommario

ProprietàUna 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 TamponeSommario

Acidi poliprotici

H2SO4 + H2O H3O+ + HSO4 -

HSO4 - + H2O H3O+ + SO4 2-

Ka1>1

Ka2= 2x10-2

[H+] = [H+] + [H+] Somma degli H+ derivanti da entrambe le dissociazioni acide

Equilibri simultaneiUna 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>1Questo equilibrio è completamente spostato a dx[H+]=C0A

HSO4 - + H2O H3O+ + SO4 2- Ka2= 2x10-2

Ka2 = [ H3O+ ] [SO4

2- ]

[HSO4- ]

= (C0A +x) x

(C0A -x)

(torniamo a) Acidi poliprotici

Cosa succede se anche la prima dissociazione non è forte (Ka1<1)

EsH3PO4CO2SO2

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 basipH di acidi fortipH di acidi deboliGrado di dissociazioneKaKb=KwpH di soluzioni salineTitolazione acido-baseAcidi e basi poliproticiEquilibri simultaneiSoluzioni 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 simultaneiUna soluzione di HCl in H2O Acido FORTE (Ka1>1) + una soluzione di CH3COOH Acido DEBOLE (Ka= 2x10-5)

HCl + H2O H3O+ + Cl - Ka1>1Questo equilibrio è completamente spostato a dx[H+]=C0A

CH3COOH + H2O H3O+ + CH3COO -Ka= 2x10-5

Ka = [ H3O+ ] [CH3COO-

]

[CH3COOH ] =

(C0A +x) x

(C0A -x)

Equilibri simultaneiUna soluzione di NaOH in H2O Base FORTE (Kb>1) + una soluzione di CH3COOH Acido DEBOLE (Ka= 2x10-5)

NaOH + H2O Na+ + OH - Ka1>1Questo equilibrio è completamente spostato a dxOH-]=C0b

CH3COOH + H2O H3O+ + CH3COO -Ka= 2x10-5

Questo equilibrio sarà spostato a sn o a dx dalla presenza di un abase forte?

DomandaPerché fino ad adesso, in presenza di un acido forte non abbiamo mai considerato gli H+ che derivano dalla dissociazione di H2O?

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

2 H2O H3O+ + OH -

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

EsempiAcidi fortiHCl, HNO3

Acidi deboliCH3COOH, HCN, NH4

+

Basi fortiNaOH, KOH

Basi deboliNH3, CH3COO -, CN-

Sali di Acidi e basi fortiNaCl, KNO3

Sali di Acidi deboli e basi fortiCH3COONa, KCN,

Sali di basi deboli e acidi fortiNH4Cl

Acido 1 + Base 2

Reazioni acido-base

Base 1 + Acido 2

CH3COOH +NH3 CH3COO- + NH4 +

Kb = [ OH- ] [NH4

+]

[NH3]Ka =

[ CH3COO- ][H3O+]

[ CH3COOH ]

Acido 1 + Base 2

Reazioni acido-base

Base 1 + Acido 2

CH3COOH +NH3 CH3COO- + NH4 +

[NH4+]

[NH3]Keq =

[ CH3COO- ]

[ CH3COOH ][ OH- ][H3O+]

[H3O+] [ OH- ]

Acido 1 + Base 2

Reazioni acido-base

Base 1 + Acido 2

CH3COOH +NH3 CH3COO- + NH4 +

[NH4+]

[NH3]Keq =

[ CH3COO- ]

[ CH3COOH ][ OH- ][H3O+]

[H3O+] [ OH- ]

Acido 1 + Base 2

Reazioni acido-base

Base 1 + Acido 2

CH3COOH +NH3 CH3COO- + NH4 +

[ OH- ][NH4+]

[NH3]Keq =

[ CH3COO- ] [H3O+][ CH3COOH ] [H3O+] [ OH- ]

Acido 1 + Base 2

Reazioni acido-base

Base 1 + Acido 2

CH3COOH +NH3 CH3COO- + NH4 +

=Ka1*Kb2 [ OH- ][NH4

+]

[NH3]Keq =

[ CH3COO- ] [H3O+][ CH3COOH ] [H3O+] [ OH- ]

Kw

=Ka1/Ka2

Reazioni acido-base

ArgomentiAcidi e basi coniugate

Acidi deboli

Grado di dissociazione

Reazioni acido-base

Acidi senza H+

Reazioni acido-baseL’equilibrio acido-base del tipo

Acido 1 + Base 2

Base 1 + Acido 2

E’ sempre spostato verso la coppia piu’ debole