Esercizi svolti sulle soluzioni tampone

Esercizi pratici sul calcolo delle soluzioni tampone

Le soluzioni tampone rappresentano una parte essenziale della chimica. I tamponi sono costituiti da un acido debole o una base debole e la loro base coniugata o acido coniugato, rispettivamente. Sono in grado di mantenere costante il pH in presenza di piccole aggiunte di acidi o basi forti. Qui di seguito vengono presentati alcuni esercizi svolti sulle soluzioni tampone con la spiegazione dettagliata su come ottenerli.

Esercizi

1.

Acido propanoico CH3CH2COOH

–

a)

Calcolare la concentrazione dello ione H+ di una soluzione 0.20 M di acido propanoico
–

b)

Calcolare il grado di ionizzazione percentuale della soluzione
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c)

Calcolare il rapporto tra lo ione propanoato e l’acido propionico se il pH di tale soluzione tampone vale 5.20
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d)

Calcolare il pH di una soluzione 0.35 M di acido propionico e 0.50 M di propanoato di sodio se a 100 mL di tale soluzione tampone vengono aggiunte 0.0040 moli di NaOH

Risoluzione

a) Considerando l’equilibrio di dissociazione dell’acido propanoico.
CH3CH2COOH ⇄ CH3CH2COO- + H+
Scrivendo l’espressione della costante acida e sostituendo i valori, si ottiene x = 0.0016 M = [H+]
b) Il grado di dissociazione percentuale si ottiene applicando la formula α = 0.80 %
c) Applicando l’Equazione di Henderson-Hasselbalch si ricava il rapporto tra lo ione propanoato e l’acido propionico.
d) Calcolando il pH durante la reazione con NaOH, si ottiene pH = 5.1

2.

Metilammina CH3NH2

–

a)

Calcolare la concentrazione dello ione OH- di una soluzione 0.225 M di metilammina
–

b)

Calcolare il pH di una soluzione ottenuta aggiungendo 0.0100 moli di nitrato di metilammonio solido a 120.0 mL di una soluzione 0.225 M di metilammina
–

c)

Quante moli di NaOH o di HCl bisogna aggiungere alla soluzione b) per ottenere una soluzione il cui pH = 11.00

Risoluzione

a) La metilammina agisce come base secondo Brönsted e Lowry. Scrivendo l’espressione della costante basica e sostituendo i valori si ottiene x = 0.0109 M = [OH-]
b) Calcolando il pH durante la reazione con il nitrato di metilammonio
c) Calcolando la quantità di NaOH o HCl necessaria per ottenere un pH di 11.00

I tamponi sono importanti in molti contesti, dalla chimica analitica a quella farmaceutica. La comprensione della loro natura e del loro comportamento è fondamentale per molte applicazioni pratiche.Calcolo del pH e calcolo di HCl aggiunto in una soluzione tampone

Nel caso b), la concentrazione del ione metilammonio in soluzione è 0.0833 M, ottenuta utilizzando l’equazione di Henderson-Hasselbalch. Il valore di pKb è calcolato come 3.28. Sostituendo i valori, si ottiene un valore di pH di 11.2.

Per la domanda c), se il pH desiderato è di 11.00, sarà necessario aggiungere HCl alla soluzione. L’aggiunta di HCl porterà a una diminuzione della concentrazione di metilammina e un aumento della concentrazione di metilammonio. Applicando l’equazione di Henderson-Hasselbalch, viene calcolato che la quantità di HCl da aggiungere è di 0.00275 moli.

In conclusione, per raggiungere un pH di 11.00 dalla soluzione b), è necessario aggiungere 0.00275 moli di HCl.

Con queste considerazioni, è possibile comprendere come aggiungere HCl a una soluzione tampone influenzi il pH complessivo.