Calcolo del pH di un acido di Lewis

Secondo Lewis si definiscono basi quelle specie capaci di donare un doppietto elettronico mentre gli acidi sono quelle specie capaci di accettare un doppietto elettronico da una base.

Quando un sale contenente un metallo di transizione viene disciolto in acqua forma complessi spesso colorati in cui l’acqua agisce da legante.

Gli ioni dei metalli di transizione, che possono presentarsi come M2+ (Fe2+, Co2+ e Cu2+) o come M3+ (Al3+, V3+, Cr3+ e Fe3+) formano complessi del tipo [M(H2O)6]2+ e [M(H2O)6]3+ rispettivamente.

L’acquoione idrolizza in acqua cedendo uno ione H+ da una delle molecole di acqua a cui lo ione metallico è coordinato dando luogo alla formazione di [M(H2O)5 OH]2+ e di [M(H2O)5 OH]3+ rispettivamente e di H3O+.

Per comprendere come la presenza di un acido di Lewis influenzi il pH di una soluzione consideriamo, ad esempio, il cloruro di ferro (III) che in acqua si dissocia in Fe3+ e 3 Cl.

I cationi metallici degli elementi di transizione spesso si idratano dando luogo alla formazione di complessi e, nello specifico si ha la formazione dello ione esaacquoferro (III) [Fe(H2O)6]3+, in cui le sei molecole di acqua sono legate al ferro tramite un legame di coordinazione utilizzando il doppietto elettronico solitario dell’ossigeno.

La formazione del legame di coordinazione esplica un effetto sugli elettroni di legame tra ossigeno e idrogeno che si avvicinano all’ossigeno; gli atomi di idrogeno assumeranno quindi una parziale carica positiva maggiore rispetto a quella presente in un legame O-H.

Gli atomi di idrogeno risulteranno pertanto sufficientemente positivi e lo ione complesso agisce da acido donando un protone all’acqua secondo l’equilibrio:

[Fe(H2O)6]3+ + H2O ⇌ [Fe(H2O)5 OH]2+ + H3O+

regolato da una costante Ka dell’ordine di 10-4.

Lo ione esaacquoferro (III) si comporta pertanto da acido e, come per tutti gli acidi, il pH dipende dalla sua concentrazione.

Esempio

Determinare il pH di una soluzione in cui 24.0 g di FeCl3 vengono disciolti in acqua e la soluzione risultante ha un volume di 230 mL. (Ka di [Fe(H2O)6]3+ = 8.9 ∙ 10-4

Moli di FeCl3 = moli di Fe3+ = 24.0 g/162.2 g/mol=0.148
[Fe3+] = [Fe(H2O)6]3+ =0.148/0.230 L= 0.643 M 

All’equilibrio: [Fe(H2O)6]3+ = 0.643-x

[Fe(H2O)5 OH]2+= [H3O+] = x

Ka = 8.9 ∙ 10-4 =[Fe(H2O)5 OH]2+ [H3O+]/ [Fe(H2O)6]3+ = (x)(x)/ 0.643-x

Da cui x = [H3O+] = 0.024 M

pH = 1.6

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Author: Chimicamo

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