Acidi deboli e basi deboli

Acidi deboli

Un acido debole è caratterizzato dal fatto che la sua dissociazione in acqua non è completa , ma è una reazione di equilibrio , e come tale la sua dissociazione è correlata ad una costante di equilibrio che nella fattispecie è indicata con Ka.

Per la dissociazione del generico acido monoprotico HA si può scrivere Ka = [H+][A] / [HA] essendo [H+] , [A] e [HA] le concentrazioni delle specie all’equilibrio.

Un acido diprotico H2A è un acido che si dissocia secondo due reazioni di equilibrio :

H2A = H+ + HA

HA = H+ + A2-

Ciascuna di queste reazioni è caratterizzata da una  costante di equilibrio dette Ka1 e Ka2 rispettivamente.

Analogamente un acido triprotico H3A è un acido che si dissocia secondo tre reazioni di equilibrio :
H3A = H+ + H2A

H2A = H+ + HA2-

HA2-= H+ + A3-

Ciascuna di queste reazioni è caratterizzata da una costante di equilibrio dette Ka1, Ka2 e Ka3 rispettivamente.

Esercizi

1)       Calcolare le concentrazioni delle specie all’equilibrio e il pH di una soluzione di HBrO  0.260 M sapendo che Ka vale 2.06 x 10-9

Sia x = mol/L di HBrO che si dissocia : all’equilibrio si avrà [H+] = x ; [BrO] = x e [HBrO] = 0.0111-x

Sostituendo tali valori nella costante Ka si ha :

2.06 x 10-9 = (x)(x)/ 0.260-x

Trascurando la x al denominatore stante il fatto che Ka è molto piccola e risolvendo rispetto a x  si ha : [H+] = 2.31 x 10-5 M ; [BrO] = 2.31 x 10-5 M e [HBrO] = 0.260 – 2.31 x 10-5 M = 0.260 M

pH = – log 2.31 x 10-5 =4.64

 

2)     Calcolare la concentrazione di tutte le specie all’equilibrio e  il pH di una soluzione di H2S   0.10 M sapendo che Ka1= 1.1 x 10-7 e Ka2 = 1 x 10-14

Sia x = mol/L di H2S che si dissocia nel primo equilibrio : si otterranno x mol/L di HS e x mol/L di H+

Sostituendo tali valori nella Ka1 = 1.1 x 10-7 = (x)(x) / 0.10-x si ottiene x = 1.05 x 10-4

Dalla prima dissociazione si ha : [H+] = 1.05 x 10-4 M , [HS] 1.05 x 10-4 M e [H2S] = 0.10 – 1.05 x 10-4 = 0.10 M

Sia y = mol/L di HS che si dissocia nel secondo equilibrio : si otterrà [H+] = 1.05 x 10-4 +y, [HS] = 1.05 x 10-4-y e [S2-] = y

Sostituendo tali valori nella Ka2 = 1 x 10-14 = ( 1.05 x 10-4 +y)(y)/ 1.05 x 10-4 –y

Si  ha y = 1 x 10-14

Da cui [S2-] = 1 x 10-14 M

[HS] = 1.05 x 10-4– 1 x 10-14 = 1.05 x 10-4 M

[H+] = 1.05 x 10-4 + 1 x 10-14 = 1.05 x 10-4 M

Da cui pH = – log 1.05 x 10-4 = 3.98

Basi deboli

Le basi deboli, analogamente agli acidi deboli, si dissociano solo parzialmente nei loro ioni secondo una reazione di equilibrio regolata dalla relativa costante Kb.

Si noti che la gran parte delle basi deboli sono basi secondo Bronsted e Lowry come NH3 che si dissocia secondo la reazione di equilibrio :
NH3 + H2O = NH4+ + OH

Da cui Kb = [NH4+][OH]/ [NH3] in cui [NH4+] , [OH] e [NH3] sono le concentrazioni delle specie all’equilibrio.

Esercizi

1)       Calcolare il pH di una soluzione 0.100 M di NH3 sapendo che Kb = 1.8 x 10-5

Sia x = mol/L di NH3 che si dissocia : all’equilibrio [NH3] = 0.100-x ; [NH4+] = x  e [OH]= x

Sostituendo tali valori nella Kb si ha :

Kb = 1.8 x 10-5 = (x)(x)/ 0.100-x

Trascurando la x al denominatore e risolvendo si ottiene x = 0.0013 che corrisponde alla concentrazione di OH

pOH = – log 0.0013 = 2.9

pH = 14 – 2.9 = 11.1

 

2)     Calcolare la concentrazione iniziale di NH3 se si vuole ottenere una soluzione a pH = 12.00.

Kb = 1.81 x 10-5

Il pOH corrispondente vale 14 – 12.00 = 2.00 e pertanto la concentrazione dello ione OH all’equilibrio deve essere pari a 10-2.00 = 0.0100 M

Detta x la concentrazione iniziale di NH3 richiesta , all’equilibrio, [OH] = [NH4+] = 0.0100 M e [NH3] = x – 0.0100

Sostituendo tali valori nella Kb si ha :

1.81 x 10-5 = ( 0.0100)(0.0100) / x – 0.0100

x = 5.5 che rappresenta la nostra incognita.

 

3)     Calcolare la Kb della base debole dietilammina (C2H5)2NH sapendo che una soluzione 0.500 M ha un pH pari a 12.33

La reazione è :

(C2H5)2NH + H2O = (C2H5)2NH2+ + OH

Il pOH di tale soluzione è 14 – 12.33 = 1.67 cui corrisponde una concentrazione dello ione OH pari a 10-1.67= 0.0214 M

all’equilibrio la concentrazione di OH è pari a quella di (C2H5)2NH2+ mentre quella della base in dissociata è pari a 0.500 – 0.0214 =0.479 M

Kb = ( 0.0214)(0.0214)/ 0.479 =9.56 x 10-4

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Author: Chimicamo

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