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Home Chimica

Le soluzioni tampone

di Chimicamo
15 Ottobre 2022
in Chimica, Stechiometria
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Le soluzioni tampone-chimicamo

Le soluzioni tampone-chimicamo

Le soluzioni tampone sono  costituite da un acido debole e dalla sua base coniugata ad esempio acido acetico/ acetato  o da una base debole e il suo acido coniugato ad esempio ammoniaca/ammonio. Le soluzioni tampone sono utilizzate quando si vuole che il pH di una reazione rimanga stabile. Inoltre le soluzioni tampone a vari valori di pH sono usate per il controllo e la calibrazione dei pHmetri

Sommario nascondi
1 Caratteristiche
2 Esercizi
3 Calcolo della variazione di pH nelle soluzioni tampone

Caratteristiche

La caratteristica delle soluzioni tampone è che il pH di tali soluzioni rimane pressoché invariato in seguito all’aggiunta di piccole quantità di acidi forti o basi forti.

Per spiegare il meccanismo di funzionamento consideriamo una soluzione costituita da acido acetico e da acetato di sodio.

L’acetato di sodio è un sale completamente dissociato in acqua secondo la reazione :

CH3COONa → CH3COO– + Na+

L’acido acetico, che è un acido debole, si dissocia secondo il seguente equilibrio :

CH3COOH + H2O ↔ CH3COO– + H3O+

Per il principio di Le Chatelier gli ioni CH3COO– provenienti dalla dissociazione dell’acetato di sodio, spostano l’equilibrio di dissociazione dell’acido acetico a sinistra.

Supponiamo di aggiungere piccole quantità di acido forte il quale, come tale libera ioni H3O+ i quali verranno “catturati” dallo ione CH3COO–, formando altro acido acetico indissociato :

CH3COO– + H3O+ → CH3COOH + H2O

Pertanto la quantità di ioni H3O+ nella soluzione non subirà notevoli variazioni e il pH varierà pochissimo.

Supponiamo di aggiungere invece, alla soluzione tampone piccole quantità di base forte ad esempio NaOH che si dissocerà completamente :
NaOH → Na+ + OH–

Gli ioni OH– che così si formano verranno “catturati” dalle molecole di CH3COOH presenti, formando acqua secondo la reazione :

CH3COOH + OH–→ CH3COO– + H2O

Anche in questo caso il pH rimarrà pressoché invariato, perché la quantità di H3O+ varia pochissimo.

Per conoscere il pH di una soluzione tampone possiamo usare l’equazione di Handerson- Hasselbalch

Se la soluzione è costituta da un acido debole e dalla sua base coniugata :

pH = pKa + log [A–]/ [HA] essendo A– e HA rispettivamente le concentrazioni dalla base coniugata e dell’acido debole

Se la soluzione è costituita da una base debole e dal suo acido coniugato :

pOH = pKb + log [BH+]/[B] essendo [BH+] e [B] rispettivamente le concentrazioni dell’acido coniugato e della base.

  Gruppo eme

Esercizi

1)       Calcolare il pH di una soluzione preparata da 0.500 L di acido acetico 0.250 M e 0.500 L di acetato di sodio 0.250 M supponendo i volumi additivi. Ka = 1.76 · 10-5

Moli acido acetico = 0.250 M · 0.500 L= 0.125

Moli acetato = 0.250 M · 0.500 L = 0.125

Volume totale = 0.500 + 0.500 = 1.00 L

[CH3COOH] = 0.125 mol/ 1.00 L = 0.125 M

[CH3COO–] = 0.125 mol/ 1.00 L = 0.125 M

pKa = – log 1.76 · 10-5 = 4.75

pH = 4.75 + log 0.125/0.125 = 4.75

Calcolo della variazione di pH nelle soluzioni tampone

Calcolare il pH di una soluzione tampone preparata da 0.500 L di acido acetico 0.200 M e 0.800 L di acetato di sodio 0.150 M. Calcolare inoltre la variazione di pH quando a 0.130 L di tale soluzione vengono aggiunti 10.0 mL di HCl 0.0800 M

Moli acido acetico = 0.200 M ∙0.500 L=0.100

Moli acetato = 0.150 M ∙0.800 L = 0.120

Volume totale = 0.500 + 0.800 = 1.30 L

Concentrazione acido acetico = 0.100/ 1.30=0.0769 M

Concentrazione acetato = 0.120/ 1.30=0.0923 M

pH = 4.75 + log 0.0923/0.0769=4.83

si calcola il numero delle moli di acido acetico, ione acetato  in 0.130 L e di HCl aggiunte

acido acetico  = 0.130 ∙0.0769 =0.0100

acetato contenute in 0.130 L = 0.130 ∙0.0923 =0.0120

moli di HCl aggiunte = 0.0800 M ∙0.0100 L = 0.000800

lo ione H3O+ reagisce con lo ione acetato per dare acido acetico

Le moli di acetato in eccesso sono pari a  0.0120 – 0.000800=0.0112

moli di acido acetico totali = 0.0100 + 0.000800=0.0108

volume totale = 0.0100 L + 0.130 L = 0.140 L

concentrazione acido acetico = 0.0108/ 0.140 =0.0771 M

concentrazione acetato = 0.0112/ 0.140=0.0800 M

pH = 4.75 + log 0.0800/ 0.0771=4.77

ΔpH = 4.83 – 4.77 =0.06

Calcolare la variazione di pH quando 20.0 mL di una soluzione 0.100 M sono aggiunti a 80.0 mL di una soluzione tampone 0.169 M di NH3 e 0.183 M di NH4Cl sapendo che Kb= 1.81 · 10-5

Calcoliamo il pH della soluzione iniziale

pOH = 4.74 + log 0.183/ 0.169=4.77

pH = 14 – 4.77 =9.23

Si calcolano le moli di NH3 e di NH4+

NH3 = 0.169 M ∙0.0800 L=0.0135

NH4+ = 0.183 M ∙0.0800 = 0.0146

moli di OH– aggiunte = 0.100 M ∙0.0200 L = 0.00200

la reazione che avviene è :

NH4+ + OH– = NH3 + H2O

Moli di NH4+ = 0.0146 – 0.00200=0.0126

Moli di NH3 = 0.0135 + 0.00200=0.0155

Volume totale = 0.0200 + 0.0800 = 0.100 L

Concentrazione NH4+ = 0.0126/ 0.100 = 0.126 M

Concentrazione NH3 = 0.0155/ 0.100 = 0.155

pOH = 4.74 + log 0.126/ 0.155=4.65

pH = 14 – 4.65 =9.35

ΔpH = 9.35   – 9.23 =0.12

 

Tags: equazione di Handerson- Hasselbalchesercizisoluzioni 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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