Tampone ammoniacale: preparazione

Un tampone ammoniacale è costituito da ammoniaca che è una base debole (K_b = 1.77 · 10^-5) e dal suo acido coniugato ovvero lo ione ammonio NH₄⁺ generalmente sotto forma di cloruro di ammonio NH₄Cl. Come tutte le soluzioni tampone anche il tampone ammoniacale NH₃/NH₄⁺ si oppone a variazioni di pH a seguito di aggiunta di piccole quantità di un acido o di una base forte.

Se in linea di principio, qualsiasi sistema acido-base può essere utilizzato per preparare una soluzione tampone, nella pratica di laboratorio, è necessario che i componenti nel tampone debbano essere disponibili ad alto grado di purezza o possono essere facilmente purificati, devono essere stabili nel tempo sia allo stato puro che in soluzione e non devono subire reazioni come l’ossidazione da parte dell’ossigeno dell’aria.

Inoltre una soluzione tampone, per esplicare la sua azione deve avere, un buon potere tamponante e ciò si verifica quando le concentrazioni di entrambi i suoi componenti sono pressoché uguali quindi, nel caso di un tampone ammoniacale si deve verificare che [NH₃] ≈[NH₄⁺]. Affinché questa condizione sia verificata, nel caso di un tampone ammoniacale il pOH della soluzione non deve essere maggiore o minore di una unità rispetto al pK_b dell’ammoniaca.

Preparazione di un tampone ammoniacale a pH 10

Un tampone ammoniacale a pH 10 è particolarmente utilizzato nelle titolazioni complessometriche utilizzate principalmente per la determinazione degli ioni metallici mediante la formazione di complessi. L’agente complessante che forma complessi con gli ioni metallici in rapporto 1:1 è un ligante polidentato noto come EDTA sigla dell’acido etilendiamminotetraacetico.

La forma con cui si presenta l’EDTA è influenzata dal pH. La forma totalmente protonata indicata con H₄Y è predominante a valori di pH minori di 3. In un intervallo di pH tra 3 e 10 sono predominanti le specie H₂Y^2- e HY₃^– mentre a valori di pH  10 o maggiori di 10 la forma predominante è Y₄^–.

Pertanto nell’ambito della complessometria si usa un tampone ammoniacale a pH 10. Per la preparazione di tale tampone ammoniacale si utilizza l’equazione di Henderson-Hasselbalch dovuta al chimico statunitense Lawrence Joseph Henderson e al chimico danese Karl Albert Hasselbalch.

Per un tampone ammoniacale l’espressione dell’equazione di Henderson-Hasselbalch è:
pOH = pK_b + log [NH₄⁺]/[NH₄⁺] dove pK_b = – log K_b = – log 1.77 · 10^-5 = 4.75
Per un pH = 10 il valore di pOH = 14-10 = 4

Pertanto sostituendo si ottiene:
4 = 4.75 + log [NH₄⁺]/[NH₃]

Da cui – 0.75 = log [NH₄⁺]/[NH₃]
Poiché il logaritmo è in base 10 si ha: 10^-0.75 = [NH₄⁺]/[NH₃] = 0.178

Ciò implica che se [NH₃] = 1 M si deve avere che [NH₄⁺] = 0.178 M. Si supponga di voler preparare 500 mL di un tampone ammoniacale: moli di NH₄Cl = 0.178 mol/L · 0.5 L = 0.089. Da cui la massa di cloruro di ammonio necessaria è pari a: 0.089 mol · 53.491 g/mol = 4.76 g

Le moli di ammoniaca necessarie sono pari a 1 mol/L · 0.5 L = 0.5. L’ammoniaca è disponibile in soluzioni generalmente al 25, 28, 30 e al 30 % m/m e quindi deve essere opportunamente diluita.

Preparazione della soluzione di ammoniaca

La soluzione di ammoniaca al 30 % m/m ha una densità di 0.892 g/mL. Ciò implica che sono contenuti 30 g di NH₃ in 100 g di soluzione. Le moli di ammoniaca corrispondenti a 30 g sono pari a:
Moli di ammoniaca = 30 g/17.031 g/mol = 1.76

Dalla densità si può calcolare il volume di ammoniaca corrispondente a 100 g di soluzione:
V = massa/ densità = 100 g / 0.892 g/mL = 112 mL = 0.112 L
Da cui la molarità della soluzione è pari a M = 1.76 mol/ 0.112 L = 15.7 M

Per calcolare il volume di soluzione di ammoniaca 15.7 M contenente 0.5 moli ci si può avvalere della formula delle diluizioni M₁V₁ = M₂V₂. Sostituendo si ha: 15.7 V = 1 mol/L · 0.5 L
Da cui V = 1 mol/L · 0.5 L/ 15.7 mol/L = 0.0318 L = 31.8 mL

Si prelevano quindi 31.8 mL di soluzione concentrata di ammoniaca. Per la preparazione del tampone ammoniacale si solubilizzano 4.76 g di cloruro di ammonio in acqua distillata, si versano in un matraccio da 500 mL e si aggiungono 31.8 mL della soluzione concentrata di ammoniaca e si porta a volume

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