Approfondimento sulle Soluzioni Buffer: Esercitazioni Analitiche
Le soluzioni buffer, o tampone, svolgono un ruolo cruciale nel mantenere un pH stabile in molteplici sistemi biologici e soluzioni chimiche. La loro importanza è rilevante sia nello studio che nelle applicazioni pratiche di biochimica, chimica analitica e industriale. Per orchestrare una soluzione tampone, spesso si utilizza l’equazione di Henderson-Hasselbalch. Questo strumento matematico consente di calcolare il pH di una soluzione che contiene un acido debole e la sua base coniugata. Troverete più informazioni riguardo alle soluzioni tamponi nelle risorse di [Chimica Today](https://chimica.today/).
Formula di Henderson-Hasselbalch
L’equazione di Henderson-Hasselbalch è un pilastro fondamentale per calcolare il pH di soluzioni buffer. Per una coppia acido-base debole, la formula si presenta così:
[ text{pH} = text{pKa} + log left( frac{[text{Base Coniugata}]}{[text{Acido}]} right) ]
In alternativa, quando si lavora con una coppia base-acido coniugata debole, l’equazione per il pOH diventa:
[ text{pOH} = text{pKb} + log left( frac{[text{Acido Coniugato}]}{[text{Base}]} right) ]
Affinché i valori calcolati abbiano senso, è necessario considerare anche la molarità totale della soluzione tampone, che si calcola sommando le concentrazioni dell’acido e della sua base coniugata.
Caso Pratico: Acido Acetico e Acetato di Sodio
Analizziamo un esempio concreto con il pKa dell'[acido acetico](https://chimica.today/chimica-organica/acido-acetico/), un acido debole, e l’acetato di sodio, che costituisce la sua base coniugata. Se ci viene richiesto di preparare 1 litro di soluzione tampone a pH 5.8, con concentrazioni pari a 0.10 M, ecco come procedere:
Dall’equazione di Henderson-Hasselbalch ricaviamo che:
[ 5.8 = 4.8 + log left( frac{[text{acetato}]}{[text{acido acetico}]} right) ]
Semplificando, otteniamo:
[ [text{acetato}] = 10 times [text{acido acetico}] ]
Determiniamo le moli necessarie e dividiamo per la molarità per ottenere i volumi richiesti di acido acetico e di acetato di sodio.
Preparazione di una Soluzione Tampone a pH Neutro
Nel secondo esempio, si deve creare una soluzione tampone a pH 7 utilizzando KH2PO4 e K2HPO4 con pKa2 = 6.86. La concentrazione di K2HPO4 necessaria si calcola attraverso la seguente equazione:
[ 7.00 = 6.86 + log left( frac{[text{HPO}_4^{2-}]}{0.100} right) ]
Da qui isoliamo la concentrazione di HPO4^2- che risultarà essere 0.138 M.
Variazione di pH dopo l’Aggiunta di KOH
Per esaminare come varia il pH di una soluzione tampone dopo l’aggiunta di KOH, è opportuno considerare le reazioni che avvengono e la nuova concentrazione di acido e base coniugata. Nel caso di HCOOH e HCOO-, con un pH iniziale di 3.75, aggiungendo KOH si modificano le concentrazioni come segue:
[ [text{forme HCOO}^-] = text{Nuova concentrazione dopo reazione} ]
[ [text{forme HCOOH}] = text{Nuova concentrazione dopo reazione} ]
Con l’equazione di Henderson-Hasselbalch possiamo determinare il nuovo pH e quindi calcolare la variazione di pH che si attesterà intorno a 0.18 unità.