pH di un’acqua contenente CO2: equilibri, legge di Henry

Il pH di un’acqua contenente CO₂ non è neutro in quanto è influenzato dalla solubilità del biossido di carbonio contenuto nell’aria.

La fonte più comune di acidità dell’acqua è dovuta infatti alla quantità di biossido di carbonio in essa disciolta proveniente in gran parte dall’atmosfera.

E’ presente pertanto il seguente equilibrio tra l’anidride carbonica disciolta in acqua e quella presente allo stato gassoso nell’atmosfera:
CO_2(g) ⇌ CO_2(aq)

Legge di Henry

La quantità di CO₂ disciolta nell’acqua può essere calcolata dalla legge di Henry per la quale K_H = 3.38 · 10^-2 mol/Latm e  [CO_2(aq)] = K_H · p _CO2(g)

Poiché la quantità di CO₂ è presente nell’atmosfera in ragione dello 0.0355 %
p _CO2(g)  = 0.0355 · 1 atm/100 = 0.000355 atm
da cui [CO_2(aq)] = K_H · p _CO2(g) = 3.38 · 10^-2 mol/Latm · 0.000355 atm = 1.20 · 10^-5 mol/L

Equilibri

L’anidride carbonica disciolta in acqua dà luogo alla formazione di acido carbonico secondo l’equilibrio:
CO_2(aq) + H₂O ⇌ H₂CO_3(aq) la cui costante vale 1.7 · 10^-3  (1)

L’acido carbonico è un acido diprotico e il primo equilibrio di dissociazione è:
H₂CO_3(aq) ⇌ HCO₃^– _(aq) + H⁺ per il quale Ka₁ =2.5 · 10^-4 (2)

Pertanto l’equilibrio
CO_2(aq) + H₂O ⇌ HCO₃^– + H⁺

È dato dalla somma dell’equilibrio (1) con l’equilibrio (2) la cui costante K è data dal prodotto delle due costanti:

K = (1.7 · 10^-3)(2.5 · 10^-4) = 4.3 · 10^-7

L’espressione relativa alla costante di questo equilibrio è:
K= 4.3 · 10^-7 = [HCO₃^–][ H⁺]/[CO₂]

Poiché all’equilibrio [HCO₃^–]=[ H⁺] = x si ha
4.3 · 10^-7 = (x)(x)/[CO₂] = (x)(x)/ 1.20 · 10^-5 mol/L

Si ha, risolvendo rispetto a x, che:
x = [H⁺] =2.3 · 10^-6 M
da cui pH = 5.6