Guida alla Preparazione di Soluzioni Tampone: Esercizi Pratici
In questo articolo, esploreremo cinque esercizi risolti relativi alle soluzioni tampone e al loro utilizzo. Le soluzioni tampone sono conosciute per la loro capacità di mantenere stabile il pH nonostante l’aggiunta di acidi o basi forti, e sono generalmente composte da un acido debole e la sua base coniugata oppure da una base debole e il suo acido coniugato.
Indice Articolo
- L’Importanza dell’Equazione di Henderson-Hasselbalch
- # Definizione dell’Equazione
- Esempi di Esercizi sulle Soluzioni Tampone
- # Esercizio 1
- Calcola il pH di una soluzione tampone composta da HNO2 (0.250 M) e NaNO2 (0.100 M), con Ka dell’acido nitroso pari a 5.62 x 10⁻⁴.
- # Esercizio 2
- Determina la massa di NaNO₂ da aggiungere a 250 mL di una soluzione 0.500 M di HNO₂ per portare il pH a 3.70 (con Ka dell’acido nitroso pari a 5.62 x 10⁻⁴).
- Preparazione di una Soluzione Tampone con KHSO₃ e K₂SO₃
- # Calcolo di (pK_{a2}) e Equazione di Henderson-Hasselbalch
- # Applicazione dell’Equazione di Henderson-Hasselbalch
- Calcolo del Rapporto del pH
- Determinazione dei Volumi delle Soluzioni
- Calcolo dei Volumi
- Conclusione
L’Importanza dell’Equazione di Henderson-Hasselbalch
La risoluzione degli esercizi sulle soluzioni tampone si basa sull’equazione di Henderson-Hasselbalch, uno strumento sviluppato dai chimici statunitense Lawrence Joseph Henderson e danese Karl Albert Hasselbalch.
# Definizione dell’Equazione
L’equazione di Henderson-Hasselbalch permette di correlare il pH di una soluzione con la costante acida (Ka) di un acido debole o la costante basica (Kb) di una base debole, insieme alle concentrazioni dell’acido debole e della sua base coniugata o della base debole e del suo acido coniugato. Le due forme sono:
– Per una soluzione tampone acido-debole/base-coniugata: pH = pKa + log([base coniugata]/[acido debole])
– Per una soluzione tampone base-debole/acido-coniugato: pOH = pKb + log([acido coniugato]/[base debole])
Esempi di Esercizi sulle Soluzioni Tampone
Di seguito sono presentati due esercizi risolti:
# Esercizio 1
Calcola il pH di una soluzione tampone composta da HNO2 (0.250 M) e NaNO2 (0.100 M), con Ka dell’acido nitroso pari a 5.62 x 10⁻⁴.
Calcolo di pKa:
pKa = – log(5.62 x 10⁻⁴) = 3.25
Concentrazione di NO2⁻:
[NO2⁻] = 0.100 M
Applicando l’equazione di Henderson-Hasselbalch:
pH = 3.25 + log(0.100/0.250) = 2.85
# Esercizio 2
Determina la massa di NaNO₂ da aggiungere a 250 mL di una soluzione 0.500 M di HNO₂ per portare il pH a 3.70 (con Ka dell’acido nitroso pari a 5.62 x 10⁻⁴).
Calcolo di pKa:
pKa = – log(5.62 x 10⁻⁴) = 3.25
Applicando l’equazione di Henderson-Hasselbalch:
3.70 = 3.25 + log([NO2⁻]/0.500)
Risoluzione per [NO2⁻]:
[NO2⁻] = 2.82 M
Calcolo della massa di NaNO₂:
Massa = Molarità x Volume x Peso molare
Preparazione di una Soluzione Tampone con KHSO₃ e K₂SO₃
Per preparare una soluzione tampone di 100 mL con un pH di 7.00, sarà necessario calcolare i volumi delle soluzioni di KHSO₃ (0.150 M) e K₂SO₃ (0.750 M). Conoscendo il valore di (K_{a2}) dell’acido solforoso come 6.76 × 10⁻⁸, possiamo determinare i volumi necessari utilizzando l’equazione di Henderson-Hasselbalch.
# Calcolo di (pK_{a2}) e Equazione di Henderson-Hasselbalch
– Il valore di (pK_{a2}) può essere calcolato come:
[ pK_{a2} = -log(K_{a2}) = -log(6.76 times 10⁻⁸) = 7.17 ]
# Applicazione dell’Equazione di Henderson-Hasselbalch
Applicando l’equazione di Henderson-Hasselbalch, otteniamo:
[ text{pH} = pKa + log left( frac{[A^-]}{[HA]} right) ]
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Calcolo del Rapporto del pH
Risolvendo l’equazione, otteniamo il rapporto tra le concentrazioni di $SO_3^{2-}$ e $HSO_3^-$, che corrisponde a 0.676.
Determinazione dei Volumi delle Soluzioni
Definiamo $V_1$ come il volume della soluzione di KHSO₃ e $V_2$ come il volume della soluzione di K₂SO₃. La somma dei volumi deve essere 100 mL.
Le moli di $HSO₃^-$ sono 0.150 $V_1$ e le moli di $SO₃^{2-}$ sono 0.750 $V_2$. Utilizzando il rapporto delle concentrazioni trovato precedentemente, possiamo stabilire le relazioni tra i due volumi.
Calcolo dei Volumi
Applicando le relazioni, possiamo calcolare che il volume della soluzione di K₂SO₃ richiesto è circa 11.9 mL, mentre il volume della soluzione di KHSO₃ necessario è di 88.1 mL per ottenere una soluzione tampone di 100 mL con pH 7.00.
Conclusione
Pertanto, per preparare una soluzione tampone con le caratteristiche descritte, è necessario seguire le proporzioni dei volumi delle soluzioni di KHSO₃ e K₂SO₃ indicate.
