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Specie predominante a un dato pH

  |   Chimica, Stechiometria

Si può conoscere la specie predominante a un dato pH di un acido debole o di una base debole senza ricorrere al calcolo delle concentrazioni di tutte le specie

Si consideri l’acido debole HA che si dissocia secondo l’equilibrio:

HA + H2O ⇄ A + H3O+

L’espressione della costante di equilibrio Ka è:

Ka = [A ] [H3O+]/[HA]

Dividendo ambo i membri per [H3O+] si ha:

Ka /[H3O+] = [A ] /[HA]

Passando ai logaritmi:

log (Ka /[H3O+]) = log [A ] /[HA]

per le proprietà dei logaritmi si ha:

log Ka – log [H3O+] = log [A ] /[HA]

per definizione di pH = – log [H3O+] si ha:

log Ka + pH = log [A ] /[HA]

da cui:

pH = – log Ka + log [A ] /[HA]

poiché – log Ka = pKa in definitiva si ottiene l’equazione di Henderson-Hasselbalch largamente utilizzata per la risoluzione delle soluzioni tampone:

pH = pKa + log [A ] /[HA]

Pertanto conoscendo il pH e il pKa si può conoscere la specie predominante in determinate condizioni.

Esempio

Si consideri l’acido benzoico che ha un valore di Ka pari a 6.31 · 10-5. Il valore di pKa è pertanto 4.20.

Si calcoli la specie predominante a vari valori di pH

Quando il pH è uguale al pKa si ha:

4.20 = 4.20 + log [A ] /[HA]

Da cui 0 = log [A ] /[HA] e quindi 100= 1 = [A ] /[HA]

ciò implica che [A ] =[HA]

Se il pH è minore di pKa come, ad esempio, 3.20 si verifica:

3.20 = 4.20 + log [A ] /[HA] da cui  – 1 = log [A ] /[HA]

10-1 = 0.1 = [A ] /[HA]

Ciò implica che [HA] = 10[A-] quindi la specie predominante è HA ovvero l’acido benzoico

Se il pH è maggiore di pKa come, ad esempio, 5.20 si ha:

5.20 = 4.20 + log [A ] /[HA]

1 = log [A ] /[HA]

101 = 10 = [A ] /[HA]

Ciò implica che [A] = 10 [HA] quindi la specie predominante è A ovvero il benzoato

In sintesi

Per un acido debole monoprotico se :

  • pH = pKa le concentrazioni dell’acido e della sua base coniugata sono uguali
  • per valori di pH > pKa la specie predominante è la base coniugata
  • per valori di pH < pKa la specie predominante è l’acido debole

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