Diagrammi logaritmici di concentrazione

Un modo per rappresentare graficamente un equilibrio acido-base che consente di risolvere con facilità problemi che altrimenti richiederebbero calcoli piuttosto laboriosi è costituito dai diagrammi logaritmici di concentrazione. In questi diagrammi si riportano i logaritmi delle concentrazioni delle specie presenti nel sistema in funzione del pH. Al fine di costruire tale grafico si seguono determinati passaggi.

Consideriamo il generico acido debole HA a concentrazione 0.002 M avente un pKa pari a 6.2.

1)      Innanzi tutto si calcola il logaritmo decimale della concentrazione dell’acido. Nel nostro caso – log 0.002 = – 2.7 e si riporta una linea orizzontale a  detto valore che corrisponde alla concentrazione totale delle specie in soluzione ( HA e A)

2)      Si disegna una linea verticale corrispondente al valore di pKa

3)      Dal punto di intersezione delle due rette si tracciano due rette con pendenza +1 e -1

diagramma logaritmico

A bassi valori di pH l’equilibrio HA ⇌ H+ + A è spostato a sinistra pertanto  a bassi valori di pH la linea corrisponde all’acido indissociato. Man mano che il pH aumenta e si avvicina al valore di pKa  l’acido debole HA inizia a dissociarsi e la sua concentrazione diminuisce e quindi a valori di pH maggiori rispetto a quelli di pKa troveremo la forma dissociata dell’acido A.

diagramma logaritmico di un acido debole

Consideriamo ora il generico acido debole H2B caratterizzato da un valore di pKa1 e da un valore di pKa2. Analogamente a quanto detto in precedenza si disegna una linea orizzontale in corrispondenza del logaritmo decimale della concentrazione dell’acido e due linee verticali in corrispondenza rispettivamente dei valori di pKa1 e di pKa2

diagramma logaritmico di un acido poliprotico

A bassi valori di pH l’equilibrio H2B ⇌ H+ + HB è spostato a sinistra pertanto  a bassi valori di pH la linea corrisponde all’acido indissociato H2B. Tra i due valori di pK troveremo la forma HB e, a destra di pKa2 si ha la forma completamente dissociata B2-

diagramma completo

Tale  metodo è molto semplice e consente di ottenere un diagramma che può essere sfruttato nella soluzione grafica di due tipi di problemi: a) dato il pH trovare la composizione del sistema; b) calcolo del pH per soluzioni più o meno complesse. I problemi del primo tipo sono di soluzione immediata: ogni verticale passante per un dato pH interseca le varie curve individuando le concentrazioni richieste.

I problemi del secondo tipo si risolvono tenendo presente che i sistemi devono comunque rispondere a determinate condizioni. Oltre alle condizioni di equilibrio, rappresentate dalle diverse curve che compongono il diagramma, devono essere infatti rispettate le condizioni di bilancio di massa e di elettroneutralità.

Trova utile applicazione in questo tipo di problemi il concetto di condizione protonica: per definire la condizione protonica si parte dal principio che se in un sistema alcune specie perdono protoni, altre li acquistano. Le specie che, poste in soluzione, hanno acquistato protoni si dicono sovrabbondanti di protoni, quelle che li hanno perduti si dicono deficienti di protoni, mentre quelle che hanno conservato lo stato originario si dicono a livello protonico zero. Consideriamo, ad esempio l’acido debole HA in soluzione: le specie HA e H2O sono a livello zero.

Delle specie presenti nel sistema H+ ( ovvero H3O+) è una specie sovrabbondante, mentre A e OH sono specie deficienti.  Se invece abbiamo una soluzione del sale NaA derivante dall’acido debole HA che si scinde totalmente in soluzione negli ioni Na+ e A  sono a livello zero le specie H2O, Na+ e A  , sovrabbondanti le specie H+ e HA, deficiente la specie OH. La condizione protonica richiede che in una soluzione il numero complessivo dei protoni associati alle specie sovrabbondanti sia pari al numero di protoni complessivamente perduti dalle specie deficienti.

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Author: Chimicamo

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