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Valeria Costantino » 22.Effetto ione in comune. Soluzioni tampone


L’effetto dello ione in comune

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)

L’effetto dello ione in comune (segue)

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)

Effetto Ione in comune

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.

Effetto Ione in comune (segue)

Quindi, rispetto alle concentrazioni iniziali, diminuisce la concentrazione dell’acido acetico ed aumenta quelle dello ione acetato.


Effetto Ione in comune (segue)

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.

Soluzioni tampone

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.

Soluzioni tampone (segue)

Per realizzare una soluzione tampone è necessaria:

  • la presenza simultanea di un acido debole e della sua base coniugata;
  • oppure di una base debole e del suo acido coniugato in quantità approssimativamente uguali.

Come funziona un sistema tampone?

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.

Come funziona un sistema tampone? (segue)

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.

Capacità di un tampone

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.

Preparazione di una soluzione tampone

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.

Test di verifica

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.

  1. Scrivere l’equazione bilanciata della reazione di dissociazione dell’acido acetico.
  2. Creare una tabella come quella mostrata nella slide 4.
  3. Scrivere l’espressione della costante di equilibrio.

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

Test di verifica

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.

Test di verifica

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.

Obbiettivi della Lezione 22

  1. Comprendere la funzione di una soluzione tampone.
  2. Calcolare il pH di una soluzione tampone.
  3. Calcolare la variazione di pH per aggiunta di acido o base forte.
  4. Preparare una soluzione tampone.
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