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Home Chimica

Diagrammi ladder per equilibri di acidi deboli

di Chimicamo
26 Giugno 2022
in Chimica, Chimica Analitica
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diagrammi ladder-chimicamo

diagrammi ladder-chimicamo

I diagrammi ladder costituiscono uno strumento per poter visualizzare in modo semplice le specie prevalenti a un determinato pH in un equilibrio acido-base.

Consideriamo l’acido debole HA che si dissocia in soluzione acquosa secondo l’equilibrio:
HA(aq) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + A–(aq)

L’espressione della costante relativa a questo equilibrio è:

Ka = [H3O+][A–] / [HA]

Passando ai logaritmi e moltiplicando ambo i membri per -1 si ha:

– Ka = – log [H3O+] – log [A–] / [HA]

E per definizione otteniamo:

pKa = pH – log [A–]/[HA]

moltiplicando per -1 si ha:

– pKa = –  pH + log [A–]/[HA]

Da cui:

pH = pKa + log [A–]/[HA]

che rappresenta, peraltro, l’equazione di Henderson-Hasselbalch.

Se le concentrazioni di A– e HA sono uguali si ha:

pH = pKa + log 1 = pKa

Se la concentrazione di A– è maggiore rispetto alla concentrazione di HA allora [A–]/[HA] > 1 e quindi si ha: pH > pKa

Se la concentrazione di A– è minore rispetto alla concentrazione di HA allora [A–]/[HA] < 1 e quindi si ha: pH< pKa

Esempio

Il valore di pKa di HF è pari a 3.2 e si possono verificare tre casi:

1)      [F–] = [HF]

Allora pH = pKa = 3.2

2)      [F–] > [HF]

Supponiamo che [F–] = 0.10 M e [HF] = 0.080 M

Si ha: pH = pKa + log [F–]/[HF] = 3.2 + log 0.10/0.080 = 3.3

e quindi pH > pKa

3)      [F–] <  [HF]

Supponiamo che [F–] = 0.080 M e [HF] = 0.10 M

Si ha: pH = pKa + log [F–]/[HF] = 3.2 + log 0.080/0.10 = 3.1

e quindi pH < pKa

La deduzione che può essere fatta è che il valore del pKa gioca un ruolo fondamentale: se il pH è maggiore del valore di pKa allora la specie prevalente è la base coniugata A– mentre se il pH è minore del valore di pKa allora la specie prevalente è l’acido debole HA.

  Mioglobina

Possiamo costruire allora un diagramma ladder per l’acido in esame. Per prima cosa si traccia una linea verticale con la freccia rivolta verso l’alto ↑ dove viene rappresentato il pH della soluzione: in basso vi sono bassi valori di pH corrispondenti ad una maggiore acidità e in alto alti valori di pH corrispondenti ad una maggiore basicità.

Si traccia poi una linea orizzontale al valore di pH corrispondente al pKa: questa linea divide l’asse del pH in due regioni. Una regione, in alto, corrisponde a valori di pH > pKa  quindi la specie prevalente è la base coniugata A– mentre l’altra regione, in basso corrisponde a valori di pH < pKa  in cui la specie prevalente è l’acido. Se si verifica che pH = pKa allora si ha che [A–] = [HA].

Nel caso dell’acido acetico il cui pH è pari a 4.76 il diagramma ladder si presenta come in figura:

acido acetico

Nel caso di un acido diprotico come l’acido carbonico si hanno due reazioni di dissociazione:

H2CO3(aq)  + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + HCO3–(aq)

HCO3–(aq) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + CO32-(aq)

Tali equilibri sono regolati rispettivamente da una Ka1 e da una Ka2 e, con ragionamento analogo al precedente si ha che per valori di pH < Ka1 la specie prevalente è l’acido indissociato; per pH = Ka1 si verifica che [H2CO3]  = [HCO3–]

Se i valori di pH sono compresi tra pKa1 e pKa2 la specie prevalente è HCO3–.

Per pH = pKa2 si verifica che [HCO3–]= [CO32-]

Per valori di pH > pKa2 si ha che la specie predominante è CO32- come si può vedere dalla figura:

acido carbonico

Tags: acido carbonicoacido debolebase coniugataequazione di Henderson-Hasselbalch

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Il Progetto Chimicamo

Massimiliano Balzano, ideatore e creatore di questo sito; dottore di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso l’Università Federico II di Napoli. Da sempre amante della chimica, è cultore della materia nonché autodidatta. Diplomato al Liceo Artistico Giorgio de Chirico di Torre Annunziata.


Maurizia Gagliano, ha collaborato alla realizzazione del sito. Laureata in Chimica ed iscritta all’Ordine professionale. Ha superato il concorso ordinario per esami e titoli per l’insegnamento di Chimica e Tecnologie Chimiche. Docente.

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