Chimica generale - le soluzioni tampone

Soluzioni tampone

Abbiamo visto come anche piccole quantità di ioni derivanti da un sale possono provocare alte variazioni di pH. Se mettiamo in soluzione acidi o basi molto forti abbiamo variazioni ancora maggiori del pH. Tale variazione può venire minimizzata se, in soluzione, sono presenti un acido debole e un suo sale (HA + A-) o una base debole e un suo sale (B + BH+).

Una soluzione contenente un acido debole e un suo sale (HA/A-) o una base debole e un suo sale (B/BH+) in un rapporto di concentrazione non superiore a dieci è detta soluzione tampone.

Funzionamento delle soluzioni tampone

I migliori sistemi tampone sono quelli in cui l’acido e la sua base coniugata hanno forza confrontabile; ciò si verifica quando sono ambedue mediamente deboli (≈Ka ≈Kb). Il funzionamento di una soluzione tampone dipende dall’effetto dello ione in comune (Principio di Le Chatelier): in una soluzione di CH₃COOH 0,1M, la concentrazione di H₃O⁺ è 1,3x10^-3 mol/L (pH=2.89).

Quando ad una soluzione contenente un elettrolita debole all’equilibrio viene aggiunto dall’esterno uno dei suoi ioni, la parziale ionizzazione dell’elettrolita debole viene ulteriormente inibita. Qual è il pH della stessa soluzione se all’equilibrio dell’acido acetico aggiungiamo il suo sale, ad esempio CH₃COOK, in concentrazione 0,2M?

Le soluzioni che contengono un acido debole in presenza di un suo sale sono sempre meno acide di soluzioni che contengono la stessa concentrazione dello stesso acido debole.

Dissociazione e riequilibrio

• Dissociazione completa: K_w = 1.0x10^-14
• Dissociazione parziale reversibile: K_a = 1.8x10^-5, K_b = 5.6x10^-10

La completa dissociazione dell'acetato di potassio fornisce un’alta concentrazione di [CH₃COO^-]. Di conseguenza, gli ioni acetato reagiscono con H₃O⁺ e riformano acqua ed acido acetico: l’equilibrio di dissociazione di CH₃COOH viene spostato verso sinistra. Il risultato è una drastica riduzione della concentrazione di [H₃O⁺].

[CH₃COOK] = 0,20M

[CH₃COOH] = 0,10M

La concentrazione totale all’equilibrio dello ione CH₃COO^- è: (0,20 + x)M

La concentrazione CH₃COOH è: (0,10 – x)M

Sostituendo nell’espressione della K_a dell’acido acetico (=1,8x10^-5):

[H₃O⁺] = [HA] K_a = (0,10 - x) 1,8x10^-5 / [A^-] (0,20 + x)

A causa del basso valore della K_a, in prima approssimazione trascuriamo x rispetto a 0,10 e 0,20.

[H₃O⁺] = 9,0 x 10^-6 M