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Angelina Lombardi » 14.In laboratorio – IV Esperienza: le soluzioni tampone - preparazione e verifica delle loro proprietà


Le soluzioni tampone

Lo scopo di questa esperienza è la preparazione di soluzioni tampone e verifica delle loro proprietà.
Come ampiamente descritto nella lezione precedente, le soluzioni tampone esercitano una azione tamponante: esse sono cioè in grado di opporsi a variazioni di pH in seguito all’aggiunta di acidi o basi forti, o in seguito a diluizione.

In questa esperienza si illustreranno tre differenti procedure per la preparazione di una medesima soluzione tampone.
Inoltre, si procederà alla verifica della proprietà tamponante a seguito di :

  • diluizione della soluzione;
  • aggiunta di moderate quantità di una base forte.
La  soluzione tampone.

La soluzione tampone.


Capacità tamponante

La figura a lato evidenzia l’azione tamponante di una soluzione tampone.

La soluzione di sinistra è un tampone a pH circa 7, mentre il becher a destra contiene un campione di acqua. Ad entrambi i campioni è stato aggiunto un indicatore acido-base, la fenolftaleina, che assume una colorazione rosa-fucsia a valori di pH superiori a 7.

Dopo l’aggiunta  di una piccola quantità di NaOH in entrambi i becher, solo il pH dell’acqua varia, come si può dedurre dalla variazione di colore dell’indicatore.
Nella soluzione tampone l’indicatore non cambia colore, dimostrando che il pH non cambia.

Proprietà di una soluzione tampone

Proprietà di una soluzione tampone


Preparazione di una soluzione tampone

In questa esperienza prepareremo una soluzione tampone con un valore di pH intorno a 5. A tale scopo la coppia acido-base coniugata scelta è quella costituita da acido acetico ed acetato di sodio. Tale scelta è dettata dal valore del pKa dell’acido acetico (pKa=4.75) che è vicino al valore di pH desiderato.

L’efficacia di un tampone dipende dai valori assoluti delle concentrazioni dell’acido e della sua base coniugata, ed è massima quando il rapporto delle due concentrazioni è uguale all’unità. Prepareremo quindi la soluzione tampone in modo che le concentrazioni di CH3COOH e CH3COO- nella soluzione finale siano pressochè uguali.

Coppia acido-base scelta per preparare un tampone a pH=5

Coppia acido-base scelta per preparare un tampone a pH=5


Metodi di preparazione di una soluzione tampone

Per preparare la soluzione tampone CH3COOH/CH3COO-, si utilizzeranno tre differenti procedure. Infatti, soluzioni tampone, caratterizzate da concentrazioni dell’acido e del sale uguali tra di loro, entro le approssimazioni dovute, si possono preparare:

- mescolando uguali quantità di CH3COOH e CH3COONa (metodo A);
- aggiungendo una base forte (ad esempio NaOH) ad una soluzione di CH3COOH, in quantità tale che le moli di NaOH – aggiunte siano la metà rispetto a quelle di CH3COOH (metodo B);
- aggiungendo un acido forte (ad esempio HCl) ad una soluzione di CH3COONa, in quantità tale che le moli di HCl aggiunte siano la metà rispetto a quelle di CH3COONa (metodo C).

Indipendentemente dal metodo utilizzato, le soluzioni preparate conterranno concentrazioni di CH3COOH e CH3COO- uguali tra di loro. Esse avranno lo stesso valore di pH, nei limiti dell’errore sperimentale. Se le tre soluzioni preparate avranno tutte le stesse concentrazioni di CH3COOH e CH3COO-, la loro capacità tamponante sarà la stessa.


Soluzioni di partenza

Utilizzeremo soluzioni di concentrazione 0.10 M per preparare, con le tre diverse procedure, la soluzione tampone finale ad una concentrazione 0.0250M di CH3COOH e 0.0250M di CH3COONa.
Le soluzioni di CH3COOH e di CH3COONa sono preparate al momento, mentre le soluzioni di HCl ed NaOH sono fornite in laboratorio.

Materiale a disposizione per lo svolgimento dell’esperienza.

Materiale a disposizione per lo svolgimento dell'esperienza.


Preparazione della soluzione partenza

Bisogna, prima di tutto, calcolare il volume di acido acetico glaciale e la massa di CH3COONa necessari per preparare 500 ml di soluzioni 0.10 M. Procedere nel modo seguente per la preparazione delle due soluzioni.

CH3COOH: prelevare la quantità calcolata di acido acetico glaciale con una pipetta graduata da 5.0 ml e versarla in un matraccio da 500 ml pulito. Annotare esattamente il volume prelevato. Aggiungere acqua distillata e portate a volume. Trasferire la soluzione in una bottiglia di polietilene pulita e asciutta. Etichettare il contenitore.

CH3COONa: pesare con la bilancia tecnica la massa di CH3COONa, precedentemente calcolata. Annotare esattamente la massa prelevata. Trasferire quantitativamente il sale nel matraccio da 500 ml, lavato con acqua distillata, scioglierlo, e portare a volume. Trasferire la soluzione in una bottiglia di polietilene pulita e asciutta. Etichettare il contenitore.

Preparazione delle soluzioni di partenza.

Preparazione delle soluzioni di partenza.


Preparazione della soluzione tampone A

Utilizzando le burette ed i matracci tarati da 100.0 ml, prepareremo tre soluzioni tampone.
Tali soluzioni saranno indicate con A, B e C, per fare riferimento al metodo utilizzato per la loro preparazione.
Nella tabella a lato sono indicati i volumi delle soluzioni di partenza che devono essere versati nei matracci, al fine di preparare le tre soluzioni tampone. Ciascun matraccio va infine portato a volume con acqua distillata.

Preparazione della soluzione tampone A.

Preparazione della soluzione tampone A.


Preparazione della soluzione tampone B e C

Preparando le soluzioni con il metodo B o con il metodo C, si ottengono soluzioni tampone in cui il rapporto tra le concentrazioni dell’acido acetico e dell’acetato risulta uguale a 1, o molto vicino a questo valore.

Indipendentemente dal metodo utilizzato, la soluzione finale conterrà concentrazioni paragonabili di CH3COOH e CH3COO-.

Preparazione delle soluzioni tampone B e C.

Preparazione delle soluzioni tampone B e C.


Misura del pH delle soluzioni preparate

Dopo aver preparato le soluzioni procederemo alla misura del pH. Utilizzando un pHmetro da banco, misureremo il pH delle soluzioni A, B e C, rispettivamente. In questa operazione avremo cura di sciacquare bene l’elettrodo con acqua distillata dopo l’immersione in ciascuna delle soluzioni.

Dopo aver effettuato le misure, annoteremo i valori di pH misurati per ciascuna soluzione. Quindi tali valori saranno confrontati con i valori calcolati.

Si noterà che, indipendentemente dal metodo di preparazione, le tre soluzioni tampone indicate con A, B e C, sono caratterizzate dallo stesso valore di pH.

Misura del pH delle soluzioni tampone.

Misura del pH delle soluzioni tampone.

pHmetro da banco

pHmetro da banco


Verifica delle proprietà di una soluzione tampone

Verifica della capacità tamponante a seguito di diluizione

Per verificare il comportamento di una soluzione tampone a seguito di diluizione, si prelevano con una buretta opportunamente lavata e ambientata 30 ml di una delle soluzioni tampone precedentemente preparate. Si versano in un matraccio pulito da 100 ml e si aggiunge acqua fino a volume. Infine si misura il pH.

Non si osserva variazione di pH, nei limiti dell’errore sperimentale.

Verifica della capacità tamponante a seguito di diluizione.

Verifica della capacità tamponante a seguito di diluizione.


Verifica delle proprietà di una soluzione tampone (segue)

Verifica della capacità tamponante a seguito di aggiunta di acidi o basi

Per verificare la capacità tamponante a seguito di aggiunte di piccole quantità di acido o di base, preleviamo dalla buretta 0.5 ml della soluzione di HCl, versandoli in un matraccio da 25 mL; portiamo quindi a volume con una delle soluzione tampone precedentemente preparate, e misuriamo il pH.

Anche in questa operazione la variazione di pH, rispetto alla soluzione iniziale, è minima.

Verifica della capacità tamponante a seguito dell’aggiunta di HCl.

Verifica della capacità tamponante a seguito dell'aggiunta di HCl.


Conoscenze ed abilità acquisite

Al termine di questa esperienza lo studente dovrebbe essere capace di:

  • Preparare una soluzione tampone.
  • Verificare sperimentalmente le proprietà di una soluzione tampone.
  • Effettuare misure di pH di soluzioni.
  • Valutare in maniera critica i risultati ottenuti da ciascuna misura sperimentale.
  • Effettuare un confronto tra dati sperimentali e dati teorici, preventivamente calcolati.

I materiali di supporto della lezione

Il protocollo dettagliato per eseguire l'esperienza è riportato nella scheda allegata: In laboratorio – IV esperienza.

In laboratorio - IV esperienza

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