Elettroliti deboli e grado di dissociazione: esercizi risolti
Il grado di dissociazione α si utilizza per gli elettroliti deboli ed è definito come il rapporto fra le moli dissociate n_d rispetto a quelle iniziali n_o. Secondo il Principio di Le Chatelier, un sistema all’equilibrio reagisce a sollecitazioni esterne mediante uno spostamento dell’equilibrio che si oppone alla sollecitazione.
Il grado di dissociazione di un elettrolita diminuisce a seguito dell’aggiunta di un elettrolita forte che contiene uno ione in comune. La parziale dissociazione di un elettrolita debole diminuisce se in soluzione è presente un catione o un anione comune a quello presente nell’elettrolita, fenomeno noto come effetto dello ione in comune. Generalmente gli esempi che vengono riportati sono relativi ad equilibri eterogenei ovvero agli equilibri di solubilità. Tale effetto viene risentito oltre che da sali poco solubili anche da acidi e da basi deboli.
La diminuzione del grado di dissociazione α fa spostare l’equilibrio a sinistra, e quindi una diminuzione di n_d porta a una diminuzione di α. Spesso in luogo del grado di dissociazione si usa il grado di dissociazione percentuale che è dato da % α = (n_d/n_o)·100.
Nel caso di acidi o di basi deboli, l’aggiunta di uno ione in comune provoca la diminuzione della ionizzazione dell’acido o della base. L’aggiunta di un acido forte a una soluzione fa spostare l’equilibrio a sinistra in accordo con il principio di Le Chatelier con conseguente diminuzione del grado di dissociazione.
Analogamente, un’aggiunta di una base forte a una soluzione di una base debole provoca una diminuzione del grado di dissociazione.
Esercizi svolti
Calcolare il grado di dissociazione dell’acido acetico:
1) in una soluzione 0.20 M ( K_a = 1.8 · 10^-5)
All’equilibrio: [CH_3COOH] = 0.20-x e [CH_3COO^-] = [H_3O^+]= x
Sostituendo tali valori nell’espressione della costante di equilibrio si ha: 1.8 ∙ 10^-5 = (x)(x)/ 0.40-x
Da cui x = 0.0019
Il grado di dissociazione α è dato da: α = 0.0019/ 0.20 = 0.0095
Il grado di dissociazione percentuale è dato da: % α = 0.0095 ·100 = 0.95
2) in una soluzione ottenuta mescolando 50.0 mL di acido acetico 0.40 M con 50.0 mL di HCl 0.20 M
Iniziamo a calcolare le moli di acido acetico e di acido cloridrico:
moli di acido acetico = 0.0500 L ∙ 0.40 M = 0.020
moli di HCl = 0.0500 L ∙ 0.20 M = 0.010
Il volume totale della soluzione è di 50.0 + 50.0 = 100.0 mL
La concentrazione iniziale di acido acetico vale [CH_3COOH] = 0.020/ 0.100 L = 0.20 M
La concentrazione dello ione H_3O^+ dovuta alla dissociazione di HCl è data da: [H_3O^+]= 0.010 / 0.100 L = 0.100 M
Sostituendo tali valori nell’espressione della costante di equilibrio si ha: 1.8 ∙ 10^-5 = (x)(0.100+x)/ 0.20-x
Da cui x = 3.6 ∙ 10^-5
Il grado di dissociazione α è dato da: α = 3.6 ∙ 10^-5/ 0.20 = 0.00018
Il grado di dissociazione percentuale è dato da: % α = 0.00018 · 100 = 0.018
In conclusione, il grado di dissociazione dell’acido acetico subisce una notevole diminuzione in accordo con quanto discusso.
