Acidi e basi

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pH Unità H1 Acidi e basi 2

pH Unità H1 Acidi e basi 3

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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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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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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.

Titolazioni 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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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 9

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 CH 3 COOH) 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 NH 3 ) con un acido forte (come HCl).

Titolazioni Unità H1 Acidi e basi 10

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 Titolazioni Alla fine dopo Unità H1 Acidi e basi 11

Titolazioni Unità H1 Acidi e basi 12

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.

Tamponi Unità H1 Acidi e basi 13

Pensiamo a una soluzione in cui siano presenti CH 3 COOH e la sua base coniugata, lo ione acetato (CH 3 COO − ). Essa dà luogo all’equilibrio: L’aggiunta di ioni idronio H H 2 3 O + in piccole quantità provoca lo spostamento dell’equilibrio verso sinistra, perchè gli ioni H 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 O senza una variazione apprezzabile del pH.

3 O + − , Tamponi Unità H1 Acidi e basi 14

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 Calcolo del pH Per le

basi forti

, è la concentrazione degli ioni ossidrile che corrisponde alla concentrazione iniziale della base: da cui: Unità H1 Acidi e basi 15

Calcolo del pH Unità H1 Acidi e basi 16

Gli acidi e le basi deboli non sono completamente dissociati e presentano [H da cui derivano. 3 O + ] e [OH − ] differenti dalla concentrazione dell’acido o, rispettivamente, della base 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 un acido debole per una base debole

e, come sappiamo: Calcolo del pH Unità H1 Acidi e basi 17

Calcolo del pH Unità H1 Acidi e basi 18

La concentrazione di H 3 O + 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: Calcolo del pH Unità H1 Acidi e basi 19

Calcolo del pH Unità H1 Acidi e basi 20

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.

Calcolo del pH Unità H1 Acidi e basi 21

Calcolo del pH Unità H1 Acidi e basi 22

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: NaNO 3 , NaCl, KCl, K 2 SO 4 ...

Calcolo del pH Unità H1 Acidi e basi 23

Calcolo del pH Unità H1 Acidi e basi 24