Il pH di un’acqua contenente CO2 non è neutro in quanto è influenzato dalla solubilità del biossido di carbonio contenuto nell’aria.
La fonte più comune di acidità dell’acqua è dovuta infatti alla quantità di biossido di carbonio in essa disciolta proveniente in gran parte dall’atmosfera.
E’ presente pertanto il seguente equilibrio tra l’anidride carbonica disciolta in acqua e quella presente allo stato gassoso nell’atmosfera:
CO2(g) ⇌ CO2(aq)
Legge di Henry
La quantità di CO2 disciolta nell’acqua può essere calcolata dalla legge di Henry per la quale KH = 3.38 · 10-2 mol/Latm e [CO2(aq)] = KH · p CO2(g)
Poiché la quantità di CO2 è presente nell’atmosfera in ragione dello 0.0355 %
p CO2(g) = 0.0355 · 1 atm/100 = 0.000355 atm
da cui [CO2(aq)] = KH · p CO2(g) = 3.38 · 10-2 mol/Latm · 0.000355 atm = 1.20 · 10-5 mol/L
Equilibri
L’anidride carbonica disciolta in acqua dà luogo alla formazione di acido carbonico secondo l’equilibrio:
CO2(aq) + H2O ⇌ H2CO3(aq) la cui costante vale 1.7 · 10-3 (1)
L’acido carbonico è un acido diprotico e il primo equilibrio di dissociazione è:
H2CO3(aq) ⇌ HCO3– (aq) + H+ per il quale Ka1 =2.5 · 10-4 (2)
Pertanto l’equilibrio
CO2(aq) + H2O ⇌ HCO3– + H+
È dato dalla somma dell’equilibrio (1) con l’equilibrio (2) la cui costante K è data dal prodotto delle due costanti:
K = (1.7 · 10-3)(2.5 · 10-4) = 4.3 · 10-7
L’espressione relativa alla costante di questo equilibrio è:
K= 4.3 · 10-7 = [HCO3–][ H+]/[CO2]
Poiché all’equilibrio [HCO3–]=[ H+] = x si ha
4.3 · 10-7 = (x)(x)/[CO2] = (x)(x)/ 1.20 · 10-5 mol/L
Si ha, risolvendo rispetto a x, che:
x = [H+] =2.3 · 10-6 M
da cui pH = 5.6