pH di un’acqua contenente CO2: equilibri, legge di Henry

Il pH delle acque contenenti CO2 e la legge di Henry

Le acque che contengono biossido di carbonio non hanno un pH neutro a causa della presenza di anidride carbonica disciolta nell’aria. Questo equilibrio tra CO2 gassosa e CO2 disciolta in acqua è influenzato dalla solubilità del biossido di carbonio presente nell’atmosfera.

Legge di Henry e quantità di CO2 disciolta

La legge di Henry può essere usata per calcolare la quantità di CO2 disciolta in acqua. La costante di Henry è pari a 3.38 × 10-2 mol/Latm e [CO2(aq)] = KH × p CO2(g). Considerando che lo 0.0355% di CO2 è presente nell’atmosfera, p CO2(g) = 0.000355 atm, da cui [CO2(aq)] = 1.20 × 10-5 mol/L.

Equilibri tra CO2 e acido carbonico

L’anidride carbonica disciolta reagisce formando acido carbonico, in un equilibrio di formazione (CO2(aq) + H2O ⇌ H2CO3(aq)), con una costante di 1.7 x 10-3. L’acido carbonico è un acido diprotico e si dissocia in HCO3- e H+ con una costante Ka1 = 2.5 × 10-4.

Quindi, l’equilibrio complessivo:
CO2(aq) + H2O ⇌ HCO3 – + H+

È determinato dalla combinazione degli equilibri precedenti, con una costante K data dal prodotto di entrambe le costanti.

Calcolo del pH

La costante K di questo equilibrio è di 4.3 × 10-7, e l’espressione relativa alla costante è data da K = [HCO3-][H+]/[CO2]. Equilibrando [HCO3-] = [H+] = x, otteniamo x = [H+] = 2.3 × 10-6 M, da cui il pH è di 5.6.