Acidi
e
basi
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pH
Unità H1 Acidi e basi
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pH
Unità H1 Acidi e basi
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pH
Unità H1 Acidi e basi
Alcune sostanze sono acidi o basi deboli aventi come base o acido coniugato
specie chimiche con colore diverso. In soluzione, a seconda del pH cambia la
specie prevalente e di conseguenza il colore. Il tornasole è un acido debole: in
soluzione acida assume il colore rosso della forma indissociata e in ambiente
basico assume il colore blu della forma dissociata.
Le sostanze il cui colore dipende dal pH dell’ambiente in cui si trovano vengono
chiamate indicatori acido-base.
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pH
Unità H1 Acidi e basi
Per misurare il pH di una soluzione, si aggiungono a essa poche
gocce di soluzione di un indicatore opportuno e si confronta la
colorazione assunta dal sistema con quella di soluzioni a pH noto.
Quando occorre misurare il pH in modo molto accurato, tuttavia,
utilizzare gli indicatori non è il metodo più adatto. In questi casi si
ricorre allora al pH-metro, uno strumento costituito da uno
speciale sensore di vetro contenente una soluzione di riferimento.
Il bulbo viene immerso nella soluzione in esame e, mediante
misure di differenza di potenziale, lo strumento registra su una
scala il valore del pH della soluzione.
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pH
Unità H1 Acidi e basi
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pH
Unità H1 Acidi e basi
Le titolazioni
Quando è necessario determinare la concentrazione di un acido o di
una base in una soluzione si ricorre a un metodo analitico definito
titolazione.
Nella titolazione, il titolante viene
aggiunto lentamente con una buretta al
titolando, fino al completamento della
reazione:
completamento che viene rilevato con
l’impiego di indicatori o del pH-metro.
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Titolazioni
Unità H1 Acidi e basi
SI DICE TITOLAZIONE DI UNA BASE ( O DI UN ACIDO) A
CONCENTRAZIONE INCOGNITA, UNA OPERAZIONE CHE HA COME
RISULTATO LA MISURA DEL VOLUME DI UNA SOLUZIONE A
CONCENTRAZIONE NOTA DI UN ACIDO (O DI UNA BASE FORTE)
CHE REAGISCE COMPLETAMENTE CON UN VOLUME NOTO DELLA
SOLUZIONE DA TITOLARE
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Aggiungendo titolante, il pH della soluzione varia fino a un brusco
salto al consumo totale del titolando (punto equivalente).
Il pH di tale punto dipende vale 7 solo quando titolante e titolando
sono entrambi forti. Quando invece il titolando è un acido debole (per
esempio CH3COOH) e il titolante è una base forte (come NaOH), il pH
del punto finale è basico. È acido nel caso contrario quando si titola
una base debole (ad esempio NH3) con un acido forte (come HCl).
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Titolazioni
Unità H1 Acidi e basi
In ogni caso, nel giro di poche gocce, si ha sempre una netta
variazione di pH.
Il salto di pH ci avverte quindi che il titolando è stato completamente
consumato e, purché la proporzione con il titolante sia 1:1, vale la
reazione:
MOLI TITOLATO = MOLI TITOLANTE
M*V TITOLATO = M*V TITOLANTE
Con la quale è possibile calcolare la concentrazione del titolando:
prima
Alla fine
Titolazioni
dopo
Unità H1 Acidi e basi
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Titolazioni
Unità H1 Acidi e basi
Soluzioni tampone
La costanza del pH in certi ambiti biologici, e ogniqualvolta è
necessario che le sue variazioni siano minime, è garantita dalla
presenza di cosiddetti “sistemi tampone”.
Di che cosa si tratta?
È stato osservato che una soluzione acquosa che contenga un
acido debole e la sua base coniugata presenta l’interessante
proprietà di contrastare la variazione del pH che segue l’aggiunta
di piccole quantità di acidi o basi forti.
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Tamponi
Unità H1 Acidi e basi
Pensiamo a una soluzione in cui siano presenti CH3COOH e la sua
base coniugata, lo ione acetato (CH3COO−). Essa dà luogo
all’equilibrio:
L’aggiunta di ioni idronio H3O+ in piccole quantità provoca lo
spostamento dell’equilibrio verso sinistra, perchè gli ioni H3O+
vengono trasformati in acido acetico indissociato e il pH della
soluzione varia di poco. Analogamente, se si aggiungono ioni OH−,
essi reagiscono con l’acido acetico che si trasforma in ione acetato e
H2O senza una variazione apprezzabile del pH.
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Tamponi
Unità H1 Acidi e basi
Calcolo del pH
Per gli acidi forti, totalmente dissociati in soluzione
acquosa, l’equilibrio:
è completamente spostato a destra per cui la
concentrazione iniziale dell’acido corrisponde alla
concentrazione dello ione idronio nella soluzione.
Pertanto
Per le basi forti, è la concentrazione degli
ioni ossidrile che corrisponde alla
concentrazione iniziale della base:
da cui:
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Calcolo del pH
Unità H1 Acidi e basi
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Calcolo del pH
Unità H1 Acidi e basi
Gli acidi e le basi deboli non sono completamente
dissociati e presentano [H3O+] e [OH−] differenti dalla
concentrazione dell’acido o, rispettivamente, della base
da cui derivano.
Considerando che gli equilibri di dissociazione indicano che il
numero di molecole che si dissociano sono trascurabili rispetto a
quelle totali presenti si ricava, rispettivamente:
per una base debole
e, come sappiamo:
per un acido debole
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Calcolo del pH
Unità H1 Acidi e basi
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Calcolo del pH
Unità H1 Acidi e basi
La concentrazione di H3O+ in una soluzione tampone, noti i
valori di Ka e delle concentrazioni delle due specie coniugate
presenti, si può ricavare dalla relazione:
Qualora invece fosse nota la Kb, si ricorre alla formula:
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Calcolo del pH
Unità H1 Acidi e basi
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Calcolo del pH
Unità H1 Acidi e basi
Anche un sale può dare luogo a una soluzione acida o basica se il suo
catione o il suo anione è un acido o una base di forza non
trascurabile. In tal caso interagisce con l’acqua formando ioni
idronio e ossidrile che rendono appunto acida o basica la soluzione.
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Calcolo del pH
Unità H1 Acidi e basi
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Calcolo del pH
Unità H1 Acidi e basi
Sono i sali formati da un catione che è
l’acido coniugato di una base forte e un
anione che è la base coniugata di un acido
forte: NaNO3, NaCl, KCl, K2SO4 ...
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Calcolo del pH
Unità H1 Acidi e basi
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Calcolo del pH
Unità H1 Acidi e basi