La determinazione di Ka e del peso molecolare di un acido debole è effettuata tramite una titolazione
Un acido debole monoprotico può essere identificato conoscendo il suo peso molecolare e la sua costante Ka.
La determinazione di tali valori è ottenuta tramite titolazione potenziometrica dell'acido usando un elettrodo a vetro e un pH-metro.
Consideriamo l'equilibrio di dissociazione di un acido debole HA:
HA ⇌ H+ + A–
La forza dell'acido ci viene data dal valore della costante relativa all'equilibrio Ka la cui espressione è:
Ka = [H+][A–]/[HA]
Il valore assunto da Ka varia da 106 per gli acidi forti a 10-10 e valori anche più bassi per gli acidi deboli pertanto la forza di un acido debole può essere dedotto dal suo valore.
In linea teorica conoscendo le concentrazioni delle specie si può determinare il valore di Ka ma se è facile determinare [H+] con un pH-metro la concentrazione dell'acido e della sua base coniugata non possono essere determinati in modo diretto.
Si può quindi preparare una soluzione a concentrazioni note di HA e di A– e determinare il pH tramite il pH-metro. Tuttavia se l'acido non è noto le soluzioni non possono essere preparate.
Titolazione
L'unico metodo per determinare sia il valore di Ka che il peso molecolare dell'acido è quello che si avvale della titolazione con una base forte.
Aggiungendo una base all'acido avviene la reazione:
HA + OH– → A– + H2O
Nel corso della titolazione le moli di A– formate sono pari a quelle della base aggiunta. Quando la metà delle moli di HA sono state titolate il volume di OH– aggiunto è pari alla metà di quello necessario a raggiungere il punto equivalente e si ha che [HA]=[A–].
Pertanto [A–]/[HA] = 1 e Ka = [H+] ovvero pKa = pH.
Noto il pKa si può procedere confrontando il valore ottenuto con quelli tabulati per individuare l'acido.
Un modo per sapere quando si è raggiunto questo punto è quello di titolare l'acido e di dimezzare il volume di base forte che è stato necessario per raggiungerlo. Riportando i valori di pH nel corso della titolazione si può risalire al valore del pH quando [HA]=[A–].
La curva di titolazione viene fatta riportando sull'asse delle ascisse il volume di titolante aggiunto e su quella delle ordinate il pH e si ottiene una curva del tipo rappresentato in figura:
Al punto equivalente le moli di base sono uguali alle moli di acido e pertanto il suo peso molecolare può essere ottenuto dal rapporto tra massa e moli.
Il punto equivalente corrisponde al centro della parte ripida della curva che è un punto di flesso ma per poterlo evidenziare con attendibilità si ricorre al metodo della derivata prima.
