calcolo Ph e soluzioni tampone: appunti di chimica

Calcoliamo la Keq dell’acqua

L’acqua è un acido di Arrhenius, di Brønsted-Lowry e di Lewis ma è anche una base di Arrhenius, di Brønsted-Lowry e di Lewis. Quindi è un acido molto debole e anche una base molto debole.

Chiamiamo la Ke - Kw - Wasser.

H₂O ⇌ H⁺ + OH^-

La formazione di uno ione H⁺ attraverso la ionizzazione dell’acqua è sempre accompagnata dalla formazione dello ione OH^-. Il loro rapporto è 1:1.

In questo modo la concentrazione di H⁺ è sempre uguale alla concentrazione di OH^-.

Misure accurate mostrano che nell’acqua pura a 25°C:

[H⁺] = [OH^-] = 10^-7 H = 10^-7 mol/L

→ K_w = [H⁺][OH^-] = 10^-14

[H⁺] = comportamento acido

[OH^-] = comportamento basico

Nessuno dei prevale: neutralità.

Ambiente acido

Ambiente acido [H⁺] > [OH^-]

10^-7 < [H⁺] <= ?

La soluzione più concentrata realizzabile sperimentalmente è la 12 H.

Trasformando 12 in potenza di 10:

log 12 = 1,08 ≁ 1 → 12 = 10¹

10^-7 < [H⁺] <= 10¹

-log 10^-7 < -log [H⁺] <= -log 10¹

→ Ambiente acido 7 > pH > -1

Ambiente basico

Ambiente basico [H⁺] < [OH^-]

pH < pOH

7 < pOH <= 14

Operatore matematico p = -log

Calcoliamo la Keq dell’acqua

L’acqua è un acido di Arrhenius, di Brønsted-Lowry e di Lewis ma è anche una base di Arrhenius, di Brønsted-Lowry e di Lewis quindi è un acido molto debole e anche una base molto debole.

Chiamiamo il Keq = Kw -> water.

H₂O ⇌ H⁺ + OH^-

La formazione di uno ione H⁺ attraverso la ionizzazione dell’acqua è sempre accompagnata dalla formazione dello ione OH^-. Il loro rapporto è 1:1. In questo modo la concentrazione di H⁺ è sempre uguale alla concentrazione di OH^-.

Misure accurate mostrano che nell’acqua pura a 25°C:

[H⁺] = [OH^-] = 10^-7 H = 10^-7 mol/l

→ Kw = [H⁺][OH^-] = 10^-14

[H⁺] = comportamento acido, nessun ione prevale: neutralità.

[OH^-] = comportamento basico

Ambiente acido

Ambiente acido [H⁺] > [OH^-]

10^-7 < [H⁺] ≤ ?

La soluzione più concentrata realizzabile sperimentalmente è la 12 H.

Trasformando 12 in potenza di 10:

10¹² = 1,08 → 1 → 12 = 10¹

10^-7 < [H⁺] ≤ 10^-1

-log 10^-7 < -log [H⁺] ≤ -log 10^-1

→ Ambiente acido 7 > pH > 1

Ambiente basico

→ Ambiente basico pH > pOH

pH > 7

pH = pOH

7 > pOH > 1

Operatore matematico p = -log

K_w = [H⁺][OH^-] = 10^-14

Faccio log di entrambi i membri.

-log [H⁺][OH^-] = -log 10^-14

(-log [H⁺]) + (-log [OH^-]) = 14

pH + pOH = 14

Calcolo pH

Acido forte

Ka > 1, si dissocia completamente.

HA → aH⁺ + A^-

Ca = aCa

[H⁺] = aCa

pH = -log (aCa)

Acido debole

Ka < 1, si dissocia parzialmente.

HA ⇌ aH⁺ + A^-

Ca-x x x

Se Ka ≤ 10^-3, allora Ca-x ≁ Ca.

Ka = ^[H+][A-]/_[HA] = ^(ax)2/_Ca-x

Ricavo la x.

Calcolo [H⁺].

pH = -log [H⁺]

Base forte

Kb > 1, si dissocia completamente.

B(OH)_x → B^x+ + xOH^-

Cb → xCb

[OH^-] = xCb

pOH = -log [OH^-]

pH = 14 - pOH

Base debole

Kb < 1, la base si dissocia parzialmente.

B(OH)_x ⇌ B^x+ + xOH^-

Cb-x x x ≁ Cb

Se Kb ≤ 10^-3

Kb = ^(αx)2/Cb

Ricavo la x.

Calcolo [OH^-].

pOH = -log [OH^-]

pH = 14 - pOH

pH neutro

Sono soluzioni neutre perché nel catione e nell’anione non si modificano apprezzabilmente con H₂O.

Es. NaCl, sale di una base forte NaOH e un acido forte HCl.

NaCl → Na⁺ + Cl^-

Acido base debole debole.

Non reagiscono con l’acqua: non modificano la concentrazione H⁺/OH^- dell’acqua.

pH basico

Idrolisi basica

BA^- → B⁺ + A^-

O O O

A^- + H₂O → HA + OH^-

O O O

K_ib = [HA][OH^-]/[A^-][H₂O] = [H⁺]/[H⁺]

Kw/Ka = [H⁺]/Cs

[OH^-] = x = √Kw/Cs

Idrolisi basica

Questi anioni degli acidi deboli reagiscono con l’acqua. A seguito della rimozione degli ioni H⁺ nell’acqua, il risultato è un eccesso di OH^- e la soluzione diventa basica.

Es. acetato di sodio CH₃COONa.

Sono derivati dalla base forte NaOH e acido debole CH₃COOH.

CH₃COONa → CH₃COO^- + Na⁺

H₂O → H⁺ + OH^-

Salti da basi deboli e acidi forti

BA → B⁺ + A^-

B⁺ + H₂O ⇄ BOH + H⁺

K_ia = [BOH][H⁺]/[B⁺][H₂O] = [OH^-][H⁺]/[OH^-] = K_w/K_b

x = [H⁺] = √(K_w c₀/K_b)

pH = -log[H⁺]

I cationi delle basi deboli reagiscono con l’acqua rimuovendo OH^- e rilasciando un eccesso di H⁺ e quindi un pH acido.

Es. NH₄Cl → NH₄⁺ + Cl^-

H₂O → OH^- + H⁺

Soluzioni acidi deboli e basi deboli

Abbiamo sia idrolisi acida che idrolisi basica.

BA → B⁺ + A^-

B⁺ + H₂O ⇄ BOH + H⁺

A^- + H₂O ⇄ AH + OH^-

[H⁺] = √(c₀K_w/K_b)

[OH^-] = √(c₀K_w/K_a)

Se K_a > K_b → √(c₀K_w/K_b) > √(c₀K_w/K_a) → [H⁺] > [OH^-] pH acido.

Se K_a b → √(c₀K_w/K_b) 0K_w/K_a) → [H⁺] -] pH basico.

Se K_a = K_b → √(c₀K_w/K_b) = √(c₀K_w/K_a) → [H⁺] = [OH^-] pH neutro.