Soluzioni tampone, Chimica generale e inorganica

HF/F-

La soluzione tampone può tamponare un eventuale alterazione di pH dato dall’aggiunta di una base

forte o un acido forte, infatti

CH3COOH + NaOH  Na+ + CH2COO- + H20

Oppure

CH3COO- + HCL  CH3COOH + Cl-

I due componenti della soluzione tampone reagendo con acidi o basi forti, impediscono la

formazione di ioni H+ o ioni OH- e determinano perciò il mantenimento di un pH pressoché

costante.

Per creare una soluzione tampone ci sono due metodi:

1. Mettere una acido debole e la sua base coniugata (sotto forma di sale).

Es CH3COOH/NaCH3COO

NH3/NH4Cl

2. Aggiungere acido debole e una base forte in difetto

Es CH3COOH/NaOH dove NaOH da la sua reazione in acqua dando lo ione Na+ e OH- . Il

CH3C00H reagisce con l’ OH- che si è creato e da la reazione

CH3COOH + OH-  CH3COO- + H20

0,1 0,03 0 /

0,07 0 0,03 /

Alla fine della reazione abbiamo acido debole (CH3COOH) e base coniugata (CH3COO-) e la base

forte (OH-)è scomparsa.

Specularmente acido forte in difetto e base debole

NH3 HCL

HCl reagisce con l’acqua dando H3O+ e Cl-

NH3 + H3O+  NH4+ + H2O

0,1 0,03 0 /

0,07 0 0,03 /

DETERMINARE IL pH DI UNA SOLUZIONE TAMPONE

Consideriamo l’espressione di dissociazione dell’acido debole che costituisce la soluzione tampone:

Ka = (A-)(H3O+) /(HA)

Possiamo ricavare (H3O+) 

(H3O+)= Ka (HA)/(A-)

Un altro metodo è prendere il logaritmo negativo di questa relazione:

-log(H3O+)=-logKa – log (HA)/(A-)

Definiamo la pKa=-log Ka

E dunque otteniamo : pH=pKa + log (A-)/(HA)

Equazione di Henderson-Hasselbalch

Una soluzione tampone funziona in maniera ottimale quando i suoi due componenti sono presenti

nella stessa concentrazione Ovvero (HA)=(A-)

pH=pKa + log 1 cioè pH=pKa

Una soluzione tampone funziona in maniera ottimale ad un valore di pH pari al pKa dell’acido che

la costituisce.

Svolge ugualmente la propria funzione se i rapporti tra i suoi due componenti rimangano compresi

tra 10:1 e 1:10 (compreso tra 0,1 e 10).

pH= pKa + log 10/1 (base coniugata in eccesso di 10 volte rispetto all’acido)pH=pKa+1

pH= pKa + log 1/10  pH=pKa-1

Una soluzione tampone svolge la sua funzione in un intervallo di pH compreso tra:

pKa-1 < pH < pKa+1

Es. CH3COOH/CH3COO pKa=4,7 e dunque l’intervallo di pH in cui la soluzione tampone può

svolgere la sua funzione sarà compresa tra 3,7 e 5,7.

Con la coppia acido acetico/acetato possiamo variare il pH solo in questo intervallo.

Se invece vogliamo una soluzione tampone con un pH vicino a 7 prendiamo la coppia

H2PO4-/HPO4 2- (acido diidrogenofosfato/acido monoidrogenofosfato )con un pKa=6,69 e dunque

l’intervallo compreso è tra 5,69 e 7,69.

Se sappiamo il pH che vogliamo avere, conoscendo la coppia e dunque le pKa, usando l’equazione

di Henderson-Hasselbalch, possiamo a nostro piacimento le quantità all’interno del rapporto.

Soluzioni tampone fisiologiche

Il pH del sangue (pH=7,41) è controllato in maniera rigorosa. Infatti se scende al di sotto di 7,38 si

parla di acidosi , se è al di sopra di 7,45 parliamo di alcalosi, condizioni patologiche.Se addirittura

sale al dipra di 7,8 o scende al di sotto di 7 si instaurano condizioni non compatibili con la vita.

I valori all’interno della cellula variano leggermente (lisosomi, citoplasma, etc ) ma devono essere

controllati rigorosamente.

Il nostro organismo per fare ciò usa tre coppie acido/base

1.H2PO4-/HPO42-

2.CO2(<-> CO2 in soluzione acquosa da ->H2CO3)/HCO3-

3.Proteine protonate / Proteine deprotonate

1. Ideale per tamponare il pH del sangue 7,41 infatti (vedi sopra) il pH tamponabile è

compreso nell’intervallo 5,59 -7,69.

2. Questo tampone non è efficace perché la pKa=6,1 (dunque l’intervallo è 5,1 e 7,1 e il pH del

sangue non è compreso). Il rapporto deve essere 1:20. Questo rapporto è rigorosamente

mantenuto dato che le due specie sono controllate in maniera ottimale a livello polmonare

(che controlla la concentrazione della CO2) e renale (che controlla la concentrazione del

HCO3-). Solo così questo tampone riesce a funzionare anche per il pH del sangue.

3. Le proteine hanno su di loro dei gruppi acido base deboli. Proteine con protone e senza

possono essere considerate una soluzione tampone.

TITOLAZIONI ACIDO-BASE

Serve per determinare la concentrazione molare di una soluzione ignota (acido o base che sia). Fa

uso di una soluzione a concentrazione molare nota (soluzione titolante) e di una a concentrazione

molare non nota (soluzione da titolare) e si fanno reagire per avere una reazione di neutralizzazione.

(titolazione con mL di NaOH 0,1 N

aggiunti a 20 mL di HCl 0,1 N )

Al tempo 0 il pH è quello dell’acido. Dopo aver iniziato la titolazione il pH comincia ad aumentare

sensibilmente ,quando la base diventa in eccesso. La curva non è lineare ma ha un andamento

sinusoidale, nonostante la base venga somministrata sempre con le stesse dosi (ex. Goccia a

goccia). All’inizio pur aggiungendo una base la soluzione restava acida, poi il comportamento

cambia.

Situazione 1. da pH=1 a pH=2 si porta la concentrazione di H3O+ da 0,1 a 0,01 . Per neutralizzare

questa situazione basta aggiungere (OH-)=0,1-0,01 = 0,09 M. (bisogna aggiungere 0,09 M di

NaOH).

Situazione 2. da pH=5 a pH=6 dove la concentrazione di H3O+ iniziale è 10^-5 e concentrazione

finale è 10^-6. La quantità di OH da aggiungere per neutralizzare è