Chimica generale - le soluzioni tampone

[CH COOK] = 0,20M

3 i

0,20M 0,20M [CH COOH] = 0,10M

3 i

Eq: (0,10 – x)M xM

xM - 0,20M + XM

La concentrazione totale all’equilibrio dello ione CH COO è:

3

La concentrazione CH COOH è: (0,10 – x)M

3 -5

Sostituendo nell’espressione della Ka dell’acido acetico (=1,8x10 )

+ -5

[H O ] = [HA] K x = (0,10 - x) 1,8x10

3 a

-

[A ] (0,20+x)

A causa del basso valore della Ka, in prima approssimazione trascuriamo x

rispetto a 0,10 e 0,20. + -6

x = [H O ]= 9,0 x 10 M

Troviamo così (l’approssimazione fatta è lecita)

3 pH = 5.05

E, quindi, calcoliamo → Consideriamo una soluzione

+ -

MA M + A in cui la concentrazione

] dell’acido debole e del suo

anione (derivante dal suo

sale) siano>0,05M.

*

Passando ai logaritmi In queste condizioni la

concentrazione -

dell’anione [A ] in

soluzione può essere

assunta come derivante

totalmente dal sale

disciolto.

* La concentrazione di

[HA] è praticamente la

concentrazione

dell’acido debole non-

ionizzato.

EQUAZIONE DI HENDERSON- HASSELBACH

Per una soluzione tampone contenete un acido debole e la sua base

coniugata -

[A ]

________

pH = pK + log

a [HA]

Per una soluzione tampone contenete una base debole e il suo acido

coniugato [HA]

________

pOH= pK + log

b -

[A ]

AGGIUNTA DI ACIDO ALL’ACQUA PURA

Esempio:

1,0 mL di HCl 1,0 M contiene 0,0010 moli di HCl.

Se 0,0010 moli di HCl si aggiungono ad 1,0 L di acqua pura

→

(pH=7): → – +

+ - 2H O OH + H O

HCl H + Cl (aq) (aq)

2 (l ) 3

+ -3

[H O ]= 1,0 x 10 M

3 + -3

pH = -log[H O ]= -log 1,0 x 10 = 3

3

Il pH diminuisce da 7 a 3! Aggiungiamo al

sistema all’equilibrio

una soluzione +

contenente [H O ]

3

AGGIUNTA DI HCl ALLA SOLUZIONE TAMPONE

POTERE TAMPONE ACIDO ACETICO / IONE ACETATO

Esempio: Calcolare il pH di 1,0 L di soluzione acido acetico/acetato di

potassio in cui [CH COOH] = 0,70M e [CH COOK] =0,60M, dopo

3 i 3 i

aggiunta di 1,0 mL di HCl 1,0M.

n =0,60Mx1L= 0,60 mol

CH3COO-

n =0,70Mx1L= 0,70 mol

CH3COOH

1) Calcolo del pH della soluzione tampone: -

[A ]

________

pH = pK + log

a [HA]

+

[H O ] = [HA] K

3 a

-

[A ]

pH = pKa + log 0,60/0,70 = 4,74 +log 0,86 =4,74-0,06 = 4,68

POTERE TAMPONE

AGGIUNTA DI HCl ALLA SOLUZIONE TAMPONE

ACIDO ACETICO / IONE ACETATO

...aggiunta di 1,0 mL di HCl 1,0M ad 1,0 L di soluzione

2) Calcolo del pH della nuova soluzione: +

Dopo l’aggiunta, (1,0Mx0,0010L=) 0,0010 mol di H reagiscono

→

completamente con l’acetato e + -

HCl + H O H O + Cl

2 3

formano 0,0010 mol in più di acido acetico ovvero 0,70+0,0010=0,701

mol; mentre la concentrazione di acetato all’eq. risulta diminuita:

0,60-0,0010=0,599 mol

Calcoliamo le concentazioni (il volume finale è 1,001L)

0,599mol/1,001L = 0,598M

0,701mol/1,001L=0,700 M per cui:

pH = 4,74 + log(0,598/0,700) = 4,67 Il pH è variato di 0,01 unit

à !

Se vengono aggiunt e alla soluzione quant it à di acido

o di base, relat ivam ent e piccole rispet t o alla quant it à

del t am pone, quest e danno reazione quant it at iva con

- -

A e H A, rispet t ivam ent e. I l rapport o [ A ] / [ H A]

cam bia, m a di poco, perciò cam bia poco anche il pH .

Buona efficacia* quando il

rapporto fra le concentrazioni

cade nell’intervallo

:

(*massima quando è uguale ad 1)

SCELTA DEL TAMPONE

- 7

K > 10 , ambiente acido

Se il sistema tampone agisce in

a - 7

K <10 , ambiente basico

Se il sistema tampone agisce in

a

1) Si sceglie il tampone in base al valore di pH che si vuole mantenere

costante: il più adatto è quello che ha la pK più vicina al valore di pH

a

voluto. -2

4- 42-

[HSO /SO Ka = 1,2x10 ] pK =1,92

a

- -5

[CH CO H/CH COO Ka = 1,8x10 ] pK =4,74

3 2 3 a

- -10

[HCN/CN Ka = 4,0x10 ] pK =9,40

a

….se desideriamo un tampone a pH = 4,30

2) Per calcolare il corretto rapporto di concentrazione tra acido e base

corrispondente al pH desiderato si usa l’equazione di Handerson-

Hasselbach. + -pH

[H O ]= 10 = -5

Es: pH = 4,30 5,0x10 M

3

+ -5 -

quindi [H O ]= 5,0x10 M = [CH CO H]/[CH COO ] x Ka

3 3 2 3 -5 -5

Per soddisfare la relazione, il rapporto deve essere uguale a (5,0x10 /1,8x10 )

=2,8 .

Quindi possiamo preparare la soluzione tampone a pH 4,30 mescolando 0,28

mol di acido e 0,10 di base e portando il volume ad 1L

Il pH del sangue è stabile: pH = 7.4 pH=pKa ±1

Un tampone mantiene costante il pH quando il .

Un tampone nel sangue è l’acido carbonico/bicarbonato, con un sistema

tampone che ha pKa=6.1 (più di una unità in meno del sangue a pH=7.4).

Il sistema tampone acido carbonico/bicarbonato ha una proprietà unica per cui

l’acido, H CO , è in equilibrio con il gas CO .

2 3 2

A causa di ciò, la concentrazione di H CO nel sangue è fissata dalle

2 3

concentrazioni di CO nella fase gassosa la cui concentrazione è determinata a

2

sua volta dalle concentrazioni di CO nei polmoni. La CO contenuta nei

2 2

polmoni dipende dall’andamento della produzione di CO nel metabolismo e

2

dall’andamento del respiro.