Bilancio protonico

Un metodo rigoroso del trattamento degli equilibri acido-base consiste nel considerare tutte le reazioni protolitiche che hanno luogo fra il solvente e gli acidi e le basi presenti in soluzione. Tale metodo, detto bilancio protonico o condizione del protone esprime l’uguaglianza tra la concentrazione di ioni idrogeno ceduta dalle specie acide e quella acquistata dalle specie basiche.

Per esempio il bilancio protonico per l’acqua pura si trova prendendo in esame l’equilibrio di dissociazione dell’acqua:

H2O H+ + OH

Da cui appare chiaro che : [H+] = [OH]

Mentre se è presente un acido forte monoprotico avente concentrazione molare pari ad a si ha:

[H+] = [OH] + a

Se la soluzione contiene sia un acido forte monoprotico che una base forte avente concentrazione molare pari a b si ha:

[H+] = [OH] + a – b

Se l’acido o la base forte hanno la possibilità di scambiare più di un protone per molecola, le concentrazioni di a e di b vanno moltiplicate per il rispettivo numero di protoni.

Il bilancio protonico per una soluzione contenente un acido debole monoprotico HB si ricava prendendo in esame gli equilibri:

H2O H+ + OH

HB H+ + B

Ed è dato da: [H+] = [OH] +[B]

Se a questa soluzione si aggiunge una base forte il bilancio protonico diviene: [H+] = [OH] +[B]+ a – b

Se una soluzione, oltre ad HB, all’acido forte e alla base forte contiene anche la base debole G è necessario tenere conto anche dell’equilibrio:

G + H+HG

In questo caso il bilancio protonico è: [H+] = [OH] +[B] – [HG] + a – b

Esempio

Determinare il bilancio protonico di NaNH4HPO4

Gli equilibri protolitici che interessano sono i seguenti:

H2O ⇄ H+ + OH       Kw = 1.00 ∙ 10-14

NH4+ ⇄ NH3 + H+       KNH4+ = 5.8 ∙ 10-10

HPO42- ⇄  H+ + PO43-     K3 = 4.8 ∙ 10-13

HPO42- + H+ ⇄  H2 PO4    1/K2 = 1.6 ∙ 107

HPO42- + 2 H+ ⇄  H3PO4     1/K1K2 = 2.8 ∙109

Il bilancio protonico è pertanto:

[H+] = [OH] + [NH3] + [PO43-] – [HPO4] – 2 [H3PO4]

Il coefficiente 2 che precede [H3PO4] è dovuto al fatto che per trasformare lo ione HPO42- in una molecola di acido fosforico occorrono due protoni.

 

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Author: Chimicamo

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