Il calcolo del pH di una soluzione di NaHCO3 può essere ottenuto considerando gli equilibri e calcolando le relative costanti. Il bicarbonato di sodio si dissocia in Na+ e HCO3- e pertanto si devono considerare gli equilibri a cui va incontro lo ione idrogeno carbonato.
Lo ione HCO3- partecipa a due equilibri: Nel primo equilibrio lo ione si comporta da acido: HCO3- + H2O ⇌ CO32- + H3O+ e la costante relativa a tale equilibrio è pari alla Ka2. Mentre nel secondo equilibrio, lo ione si comporta da base: HCO3- + H2O ⇌ H2CO3+ OH-. La costante relativa a questo equilibrio vale K = [H2CO3][ OH-]/[ HCO3-].
Moltiplicando numeratore e denominatore per [H3O+] si ha: K = [H2CO3][ OH-] [H3O+] /[ HCO3-][H3O+]. Essendo [ OH-] [H3O+] = Kw, si ha K = [H2CO3]Kw /[ HCO3-][H3O+].
Ricordando Ka1 relativa alla prima dissociazione dell’acido carbonico: H2CO3 + H2O ⇌ HCO3- + H3O+, è data dall’espressione Ka1 = [HCO3-][ H3O+]/[ H2CO3].
La costante K viene indicata con Kb2, pertanto Kb2 = Kw/Ka1.
Calcolo delle costanti di equilibrio: In definitiva gli equilibri e le relative costanti sono: HCO3- + H2O ⇌ CO32- + H3O+ (1) e HCO3- + H2O ⇌ H2CO3+ OH- (2).
Per avere un’indicazione se una soluzione di NaHCO3 è acida o basica si valutano numericamente e se, come avviene in questo caso, Kb2 è maggiore di Ka2, la soluzione è basica. È quindi il valore relativo delle due costanti di dissociazione dell’acido debole H2CO3 il fattore che determina il pH della soluzione.
Sommiamo l’equilibrio (1) e l’equilibrio (2): 2 HCO3- ⇌ CO32- + H2CO3. La costante relativa a questo equilibrio è data da: K = [CO32-][ H2CO3] /[ HCO3-]2. Moltiplichiamo numeratore e denominatore per [H3O+] e raggruppando abbiamo: K = {[CO32-][H3O+] /[ HCO3-] } { [ H2CO3][H3O+] / [HCO3-]} = Ka2/Ka1 = 5.61 ∙ 10-11/4.30 ∙ 10-7 = 1.30 ∙ 10-4.
Calcolare il pH di una soluzione di NaHCO3 avendo concentrazione 0.100 M è possibile tramite l’uso della I.C.E. chart e l’espressione della costante K. Con i calcoli si otterrà un pH di 8.31.
In conclusione, calcolare il pH di una soluzione di NaHCO3 richiede la valutazione degli equilibri e il calcolo delle costanti, il cui rapporto determina se la soluzione è acida o basica. Mediante calcoli e l’impiego delle costanti, è possibile trovare il pH di una specifica soluzione di NaHCO3.
