Le soluzioni tampone sono soluzioni di un acido debole e del suo sale, oppure di una base debole e del suo sale.
Perché sono interessanti le soluzioni tampone ?
Le soluzioni tampone sono interessanti, perché aggiungendo piccole dosi di acidi forti o basi forti, non si modifica sostanzialmente il pH.
Qual’è il limite delle soluzioni tampone ?
Le soluzioni tampone devono essere:
1° in quantità elevate,
2° il rapporto dell’acido debole e del suo sale o il rapporto della base debole e del suo sale sia prossimo a uno, cioè siano in quantità uguali.
Vediamo un tampone particolare
Il tampone sodio acetato e acido acetico:
L’acetato di sodio è il sale dell’acido acetico.
L’acido acetico è un acido debole, infatti la sua costante di dissociazione acida è 1,76 x 10^-5.
L’acetato CH3COO- è la base coniugata forte dell’ac.acetico CH3COOH.
Il sodio acetato in acqua si discioglie completamente in acetato CH3COO- e sodio.
L’acido acetico è un ac.debole, per cui in soluzione si dissocia solo parzialmente, nella misura prevista dalla sua costante di dissociazione: 1,76 x 10^-5
La reazione di dissociazione è CH3COOH e H2O >< CH3COO- e H+.
Le moli disciolte di CH3COOH le troveremo pari pari in moli di CH3COO- e H+.
Un semplice equilibrio acido base non è una soluzione tampone
Se metto in soluzione un acido debole, CH3COOH, si dissocia solo una parte di acido, per cui alla fine della reazione l’acido debole è molto molto più presente della sua base coniugata, CH3COO-.
Questa soluzione non rispetta il 2° punto della definizione di tampone,
infatti le concentrazioni di CH3COOH e CH3COO- devono essere simili.
Com’è fatta una soluzione tampone concretamente
Se le concentrazioni di CH3COOH e CH3COO- devono essere simili, costruiremo un tampone prendendo le stesse quantità della coppia: ad esempio 0,2 M di CH3COOH e 0,2 M di CH3COO-.
Un acido debole tampona piccole dosi di base forte
Un tampone di un acido debole tampona una base forte, es il CH3COOH-CH3COO- tampona piccole aggiunte di NaOH.
Calcoliamo la piccola quantità di base forte tamponabile
Es in una soluzione tampone vogliamo che il pH sia 4,10, quanta base forte possiamo aggiungere ?
Se a una soluzione tampone di 500 ml di un acido debole Ka= 10^-5, similmente all’acido acetico, concentrazione 0,2 M, quanta NaOH dovrò aggiungere per avere pH 4,1 ?
La reazione acido debole del tampone con la base forte
| acido debole | + | base forte | > | base coniugata | + | forte ione metallico | + | H2O |
| CH3COOH | + | NaOH | > | CH3COO- | + | Na+ | + | H2O |
L’esito è un sale
L’esito della reazione è un sale di sodio: CH3COONa
Calcoliamo le moli di acido debole all’inizio
Soluzione di 500 ml di un acido debole 0,2 M = 0,500 l x 0,2 = 0,1 moli di acido debole CH3COOH
Determino la concentrazione di H+ dal pH
Il problema mi dice che il pH è 4,1
[H+] = 10^-4,1
questa è la concentrazione d’arrivo dopo l’aggiunta di NaOH.
[H+] =
10^-4,10 = 10^-5 . (0,1 – X )
10^-4,10 X = 10^-5 . 0,1 – 10^-5 X
10^-4,10 X = 10^-6 – 10^-5 X
10^-4,10 X + 10^-5 X = – 10^-6
X ( 10^-4,10 + 10^-5 ) = – 10^-6
X = – 10^-6 / 8,94 . 10^-5 = 0,01118 moli di idrossido OH-
Quindi sono anche le moli di NaOH necessarie per mantenere il pH a 4,1
Quanta base forte è necessaria per avere il pH a 4,1
0,01118 moli di NaOH x p.m. NaOH (30 + 16 + 1) = 0,52 grammi di Soda caustica !!!