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Home Chimica

Equazione di Henderson-Hasselbalch: esercizi

di Chimicamo
5 Aprile 2022
in Chimica, Stechiometria
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equazione di Henderson-Hasselbalch-chimicamo

equazione di Henderson-Hasselbalch-chimicamo

L’ equazione di Henderson-Hasselbalch è utilizzata per la risoluzione di esercizi, anche complessi relativi alle soluzioni tampone.

Una soluzione tampone è costituita da un acido debole e dalla sua base coniugata ad esempio acido acetico/ ione  acetato  o da una base debole e il suo acido coniugato ad esempio ammoniaca/ione ammonio.

La caratteristica delle soluzioni tampone è che il pH di tali soluzioni rimane pressoché invariato in seguito all’aggiunta di piccole quantità di acido forte o base forte.

L’equazione di  Henderson-Hasselbalch di una soluzione tampone costituita da un acido debole e dalla sua base coniugata è :

pH = pKa + log [base coniugata]/ [acido]

L’equazione di  Henderson-Hasselbalch di una soluzione tampone costituita da un base debole e dal suo acido coniugato è :

pOH = pKb + log [acido coniugato]/ [base]

che si usa quando la soluzione tampone è costituita da una base debole e dal suo acido coniugato.

 

Esercizi svolti

1)     L’aspirina ha un pKa di 3.4. Calcolare il rapporto tra la base coniugata e l’acido nel sangue il cui pH è pari a 7.4 e nello stomaco il cui pH è pari a 1.4.

Applichiamo l’equazione di Henderson-Hasselbalch ad entrambi i casi:

A pH = 7.4 si ha:

7.4 = 3.4 + log [A–]/[HA]

4.0 = log [A–]/[HA]

Da cui  [A–]/[HA] = 104.0 = 10000

Ciò implica che la base coniugata A– ha una concentrazione 10000 volte superiore rispetto a quella di HA

A pH = 1.4 si ha:

1.4 = 3.4 + log [A–]/[HA]

– 2.0 = log [A–]/[HA]

Da cui  [A–]/[HA] = 10-2.0 = 0.010

 

2)     Calcolare il pH della soluzione ottenuta dopo aver aggiunto 0.0400 moli di HNO3 ad una soluzione tampone ottenuta mescolando 0.500 L di acido propanoico 0.380 M ( Ka = 1.30 ∙ 10-5) con 0.500 L di una soluzione 0.380 M di propanoato di sodio. Si assumano i volumi additivi e si supponga che l’aggiunta dell’acido nitrico non porti a variazione di volume

Le moli di acido propanoico sono pari a 0.380 M · 0.500 L = 0.190

Le moli di  propanoato di sodio sono pari a 0.380 M ∙ 0.500 L = 0.190

L’aggiunta di acido nitrico riduce le moli di propanoato che si converte in acido propanoico secondo la reazione:

CH3CH2COO– + H+ → CH3CH2COOH

Le moli di propanoato diventano quindi 0.190 – 0.040 = 0.150 mentre quelle di acido propanoico diventano 0.190 + 0.040 = 0.230

  Esercizi svolti sul pH di livello semplice

Il pKa dell’acido è pari a – log 1.30 ∙ 10-5 = 4.89

Applichiamo l’equazione di Henderson-Hasselbalch:

pH = 4.89 + log 0.150/ 0.230 = 4.70

A rigore nell’equazione di Henderson-Hasselbalch andrebbero sostituite le concentrazioni dell’acido e della sua base coniugata, tuttavia considerando il volume totale, pari a 0.500 + 0.500 = 1.00 L si ha:

[CH3CH2COO–] = 0.150 / 1.00 L = 0.150 M e [CH3CH2COOH] = 0.230 / 1.00 L = 0.230 M e, pertanto si ha  lo stesso risultato

 

3)     Una soluzione tampone di acido acetico/ ione acetato avente volume di 100.0 mL ha un pH = 5.00. la concentrazione totale di acido acetico e ione acetato è pari a 0.100 M. Calcolare la variazione di pH dopo l’aggiunta di 7.30 mL di HCl 0.360 M. (pKa = 4.75)

Per ottenere la concentrazione dell’acido acetico e dello ione acetato dobbiamo applicare l’equazione di Henderson-Hasselbalch e il dato per il quale la somma delle loro concentrazioni è 0.100 M. Sarà quindi necessario impostare un sistema di equazioni:

 

[CH3COO–] + [CH3COOH] = 0.100

5.00 = 4.75 + log [CH3COO–]/ [CH3COOH]

Risolviamo la seconda:

 

0.25 = log [CH3COO–]/ [CH3COOH]

100.25 = 1.78 =  [CH3COO–]/ [CH3COOH]

Dalla prima si ha: [CH3COOH] = 0.100 – [CH3COO–]

Da cui:

1.78 = [CH3COO–] / 0.100 – [CH3COO–]

Risolvendo:

0.178 – 1.78 [CH3COO–] = [CH3COO–]

0.178 = 2.78 [CH3COO–]

Da cui [CH3COO–] = 0.0640 M

E, quindi, [CH3COOH] = 0.100 – 0.0640 = 0.0360 M

Conoscendo le due concentrazioni si possono calcolare le rispettive moli:

moli di CH3COOH = 0.0360 M ∙ 0.100 L = 0.00360

moli di CH3COO– = 0.0640 M ∙ 0.100 L = 0.00640

le moli di HCl aggiunte sono pari a 7.30 ∙ 10-3 L x 0.360 M = 0.00263

l’acido cloridrico reagisce con lo ione acetato (le cui moli diminuiscono di 0.00263) per dare acido acetico ( le cui moli aumentano di 0.00263) secondo la reazione:
CH3COO– + H+ → CH3COOH

le moli di acido acetico divengono 0.00360 + 0.00263 = 0.00623 mentre quelle di acetato divengono 0.00640 – 0.00263 =0.00377

Applichiamo l’equazione di Henderson-Hasselbalch:

pH = 4.75 + log 0.00377 / 0.00623 = 4.73

 

Tags: acidi debolibasi debolipHsoluzioni tampone

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Massimiliano Balzano, ideatore e creatore di questo sito; dottore di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso l’Università Federico II di Napoli. Da sempre amante della chimica, è cultore della materia nonché autodidatta. Diplomato al Liceo Artistico Giorgio de Chirico di Torre Annunziata.


Maurizia Gagliano, ha collaborato alla realizzazione del sito. Laureata in Chimica ed iscritta all’Ordine professionale. Ha superato il concorso ordinario per esami e titoli per l’insegnamento di Chimica e Tecnologie Chimiche. Docente.

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