E’ l’effetto provocato su un equilibrio per aggiunta di uno ione “in comune” ad uno già presente nell’equilibrio.
Un esempio per chiarire il concetto. Consideriamo la reazione acido-base dell’acido acetico in acqua:
CH3CO2H(aq) + H2O(l) ⇆ H3O+(aq) + CH3CO2-(aq)
Se ad una soluzione di acido acetico in acqua aggiungiamo dell’acetato di sodio, lo ione acetato sarà il cosiddetto “ione in comune”. Esso costituisce un perturbazione dell’equilibrio e quindi l’equilibrio reagisce opponendosi alla perturbazione (principio di Le Chatelier), ossia spostandosi verso i reagenti.
In altre parole, la dissociazione dell’acido acetico è limitata dalla presenza dello ione in comune (sua base coniugata).
CH3CO2H(aq) + H2O(l) ⇆ H3O+(aq) + CH3CO2-(aq)
Consideriamo una soluzione di acido acetico in acqua 0,25 M. Il pH di questa soluzione è 2.67 (rivedere come si calcola il pH di una sol di un acido debole).
Vediamo cosa succede se aggiungiamo 0.10 moli di acetato di sodio.
L’acetato di sodio in acqua è dissociato nei suoi ioni, ione sodio e ione acetato. Quest’ ultimo è lo ione in comune alla reazione di dissociazione dell’acido acetico che provoca lo spostamento dell’equilibrio verso sinistra.
Quindi, rispetto alle concentrazioni iniziali, diminuisce la concentrazione dell’acido acetico ed aumenta quelle dello ione acetato.
Anche in questo caso, possiamo calcolare la concentrazione dello ione idronio dall’espressione della costante di equilibrio
Possiamo considerare che il valore di x è trascurabile, e quindi risolviamo in funzione della concentrazione dello ione idronio che sarà uguale a 4,5 x 10-5, quindi il pH sarà 4,35.
Quindi, effettivamente l’aggiunta dello ione in comune provoca una minore dissociazione dell’acido acetico.
Una soluzione tampone è una soluzione che mantiene costante il pH di una soluzione.
Il sangue è un esempio di soluzione tamponata. Il pH del sangue umano è 7,4.
L’aggiunta di 0,010 moli per litro di acido o base forte, porta ad una variazione di solo 0,1 unità.
In confronto, se la stessa quantità di acido viene aggiunta ad acqua pura, il pH, da 7,00, diventa 2,00.
Per realizzare una soluzione tampone è necessaria:
Soluzione tampone:
Contemporanea presenza di CH3COOH e CH3COONa
Se aggiungiamo una base forte:
CH3COOH + OH- ⇆ CH3COO- + H2O
Ka = 1,8 x 10-9
L’acido acetico reagisce con ogni ione idrossido aggiunto. La reazione è completamente spostata a destra; ciò significa che ogni ione idrossido aggiunto viene completamente neutralizzato.
Soluzione tampone:
Contemporanea presenza di CH3COOH e CH3COONa
Se aggiungiamo un acido forte:
CH3COO- + H3O+ ⇆ CH3COOH + H2O
ogni ione idronio aggiunto reagisce con lo ione acetato presente nel tampone e viene completamente neutralizzato.
Nessun tampone ha capacità illimitata. La capacità di un tampone è riferita alla quantità di acido o di base che può sopportare prima che il pH della soluzione cambi di un’unità.
La capacità di un tampone dipende dalle reali concentrazioni del suo acido e della sua base coniugata.
Per preparare una soluzione tampone ad un dato pH, l’acido scelto dovrà avere il suo pKa compreso tra +/- 1 unità pH rispetto al pH desiderato.
Calcolare il pH di una soluzione tampone acido acetico/acetato di sodio in cui la concentrazione di acido è 0,700 M e quella del sale è 0,600 M.
Strategia
Conoscendo l concentrazioni di acido, sale e Ka è possibile calcolare la concentrazione di ione idronio.
Il valore di x è molto piccolo rispetto alle concentrazioni di acido e di sale, quindi trascurabile.
Quindi:
Ka = 1,8 x 10-5 = [H3O+][CH3COO-]/[CH3COOH]= x(0,600)/(0,700)
x = 2,1 x 10-5 M
pH = -log (2,1 x 10-5) = 4,68
a. Calcolare il pH di 1 L di soluzione preparata sciogliendo 15,4 gr di cloruro di ammonio e 16,5 gr di ammoniaca.
b. Calcolare il pH della stessa soluzione dopo aggiunta di 0,02 M di acido cloridrico.
a. Calcolare il pH di 450 mL di una soluzione preparata sciogliendo 15,4 gr di acido acetico e 16,5 gr di acetato sodico.
b. Calcolare il pH della stessa soluzione dopo aggiunta di 0,02 M di idrossido di sodio.
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