Blog

Equilibrio acido carbonico-biossido di carbonio -chimicamo

Equilibrio acido carbonico-biossido di carbonio

  |   Chimica, Chimica Analitica

L‘equilibrio acido carbonico-biossido di carbonio comprende la dissoluzione del biossido di carbonio, la formazione di acido carbonico e la sua dissociazione.

Pertanto equilibrio acido carbonico-biossido di carbonio è un equilibrio simultaneo

L’acido carbonico si forma quando il biossido di carbonio contenuto nell’atmosfera è dissolto in acqua.

Equilibri

Il primo equilibrio è:

CO2(g)CO2(aq)

La solubilità dai gas aumenta al diminuire della temperatura; considerando infatti l’equilibrio si ha che la variazione di entropia ΔS assume valore negativo in quanto nella fase gassosa è presente un maggior grado di disordine rispetto alla fase liquida e quindi il termine –TΔS presente nella variazione di energia libera risulta positivo; al diminuire della temperatura il termine – TΔS assume valori sempre minori e da un punto di vista termodinamico le reazione è favorita.

Il secondo equilibrio coinvolge la reazione tra il biossido di carbonio e l’acqua con formazione dell’acido carbonico:

CO2(aq) + H2O(l)H2CO3(aq)

Regolato da una costante detta di idratazione che, in acqua vale

Kh = [H2CO3]/[ CO2]= 1.70∙10−3 a 25 °C

mentre in acqua di mare vale circa 1.2 ∙ 10-3.

Quindi la maggior parte del biossido di carbonio non diviene acido carbonico ma rimane come tale e, in assenza di catalizzatori, la reazione decorre lentamente

L’acido carbonico è un acido diprotico ed è soggetto a due equilibri di dissociazione:

H2CO3(aq) + H2O(l)HCO3(aq)  + H3O+(aq)      Ka1 =  2.5∙10−4  = [HCO3][H3O+]/[ H2CO3]  a 25 °C

Bisogna tuttavia tenere presente che poiché in soluzione acquosa l’acido carbonico si trova in equilibrio con il biossido di carbonio e la concentrazione di H2CO3 è molto minore rispetto alla concentrazione di CO2.

Pertanto, tenendo conto che H2CO3 include il biossido di carbonio disciolto, si usa indicare con H2CO3* entrambe le specie e la prima dissociazione dell’acido carbonico diventa:

H2CO3(l) *+ H2O(l)HCO3(aq)  + H3O+(aq)

Regolato da una costante denominata Kapp =  4.6∙10−7 a 25 °C   in cui:

Kapp =  [HCO3][ H3O+]/ [H2CO3(l) *]

Ma, essendo [H2CO3(l) *]  = [H2CO3(l) ] + [CO2] si ha:

Kapp =   [HCO3][ H3O+]/[H2CO3(l) ] + [CO2]

Il secondo equilibrio dello ione idrogenocarbonato a carbonato è:

HCO3(aq)  + H2O(l)CO32- (aq)  + H3O+(aq)     Ka2 =  4.69∙10−11  = [CO32-][ H3O+]/[ HCO3]a 25 °C

In un sistema aperto il biossido di carbonio presente in soluzione è in equilibrio con  quello contenuto nell’aria quindi a una determinata temperatura la composizione della soluzione è determinata dalla pressione parziale di CO2 che si trova a contatto con la soluzione. Per ottenere tale composizione bisogna tener conto di tutti gli equilibri in cui sono presenti le tre diverse forme H2CO3, HCO3 e CO32- nonché l’equilibrio tra CO2(aq) e H2CO3 e quello tra CO2 e CO2(aq).

In relazione a quest’ultimo equilibrio CO2(g) ⇄ CO2(aq)

Si ha che [CO2(aq)]/ p CO2(g) = 1 / KH essendo KH la costante di Henry che a 25 °C vale 29.76 atm L/mol.

Per il trattamento rigoroso del calcolo del pH di una soluzione di H2CO3 si parte dagli equilibri:

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

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

e, sulla base delle considerazioni fatte, si può operare la seguente approssimazione:

Kapp =   [HCO3][ H3O+]/[H2CO3(l) ] + [CO2] ≈ Kapp =   [HCO3][H3O+]/ [CO2]

Ka2 =  [CO32][ H3O+]/[ HCO3]

Detta C la concentrazione iniziale di acido carbonico si ha:

C = [H2CO3 ] + [HCO3] + [CO32]

Dall’autoprotolisi dell’acqua sappiamo che:
Kw = [H3O+][OH]

Dalla condizione di elettroneutralità si ha:

2 [CO32-] + [HCO3] + [OH] = [H3O+]

Abbiamo così 5 equazioni in 5 incognite ([CO32-] , [HCO3] , [OH] , [H3O+] e [CO2]) e si può procedere alla soluzione

 

Condividi



Gentile Lettrice, Gentile Lettore

Abbiamo rilevato che stai utilizzando un AdBlocker che blocca il caricamento completo delle pagine di Chimicamo.org

Questo sito è per te completamente gratuito e fornisce, si spera, un servizio serio, completo ed utile, pertanto speriamo che tu consideri la possibilità di escluderlo dal blocco delle pubblicità che sono la nostra unica fonte di guadagno per portare avanti quello che vedi.

 

Per piacere aggiungi Chimicamo.org alla tua whitelist oppure disabilita il tuo software mentre navighi su queste pagine.

 

Grazie

Lo staff di Chimicamo.org