Soluzioni tampone: guida agli esercizi
Le soluzioni tampone comprendono un acido debole e la sua base coniugata o una base debole e il suo acido coniugato. Gli esercizi su tali soluzioni possono essere risolti utilizzando l’equazione di Henderson-Hasselbalch, la quale è utile quando la soluzione tampone è costituita da un acido debole e dalla sua base coniugata oppure da una base debole e dal suo acido coniugato.
Le soluzioni tampone hanno la particolarità di contrastare variazioni di pH anche in seguito all’aggiunta di piccole quantità di acido forte o base forte. Gli esercizi più comuni riguardanti le soluzioni tampone si concentrano sul calcolo del pH, sul rapporto tra le specie e sulla determinazione del pH a seguito di aggiunta di acidi o basi.
Esercizzi Svolti:
1) Calcolare il pH di una soluzione tampone contenente 0.320 mol dm^-3 di NH3 e 0.210 mol dm^-3 di NH4Cl. K_b = 1.85 ∙ 10^-5.
Per risolvere l’esercizio si utilizza l’equazione di Henderson-Hasselbalch per trovare il pH.
2) Si calcoli in quale rapporto debbono essere le concentrazioni di una soluzione di acetato di potassio CH3COOK e di acido acetico CH3COOH (K_a = 1.8 ∙ 10^-5) per avere una soluzione tampone a pH = 5.50. Il rapporto tra le due concentrazioni di acetato di potassio e acido acetico è calcolato utilizzando l’equazione di Henderson-Hasselbalch.
3) Calcolare quanti grammi di cloruro di ammonio occorre sciogliere in 100 cm^3 di una soluzione 0.150M di ammoniaca (K_b = 1.85 · 10^-5) per ottenere una soluzione tampone a pH = 9.50 ammettendo che, dopo l’aggiunta del sale il volume rimanga costante. Si utilizza l’equazione pOH = pK_b + log [acido coniugato]/[base] per calcolare la quantità di cloruro di ammonio necessaria.
4) A 100 cm^3 di una soluzione 0.125M di acido acetico (K_a = 1.80 · 10^-5) e 0.445M di acetato di sodio sono aggiunti 0.500g di NaOH. Calcolare la variazione di pH ammettendo che la variazione di volume sia trascurabile. Per calcolare la variazione di pH si devono ottenere le moli di acido acetico e di acetato di sodio presenti nella soluzione e il numero di moli di idrossido di sodio aggiunte.
In ogni esercizio, si utilizzano le formule e le equazioni appropriate per risolverli.Calcolo del pH e del pOH mediante reazioni di idrolisi
Inizialmente diamo uno sguardo al calcolo del pH mediante reazioni di idrolisi. Partendo dalla concentrazione dell’acido acetico e dell’acetato in una soluzione per calcolare il pH della soluzione, si osserva che la molarità dell’acido acetico è 0.0445 M mentre quella dell’acetato è 0.0570 M. Con l’equazione [CH3COO–] = 0.0570 / 0.100 dm3, è possibile calcolare la concentrazione dello ione acetato.
Procedendo, si osserva che l’ione acetato reagisce mediante idrolisi secondo l’equazione CH3COO– + H2O ⇄ CH3COOH + OH–. Utilizzando la costante di idrolisi, è possibile costruire un I.C.E. chart per determinare le concentrazioni all’equilibrio delle varie specie.
Dopo aver calcolato la costante di equilibrio Kb e i valori delle concentrazioni, è possibile calcolare la concentrazione dell’idrossido di sodio, [OH–], pari a 1.78 ∙ 10-5 M. Successivamente, è possibile calcolare il pOH e il pH, che risultano pari a 4.75 e 9.25, rispettivamente. Infine, calcolando ΔpH, si ottiene un valore di 3.96.
Calcolo del pH dopo l’assorbimento di NH3
In un secondo momento, il calcolo del pH dopo l’assorbimento di NH3 si basa sull’assorbimento di 25.0 cm3 di NH3 in una soluzione acquosa di HCl con pH 2.31, e sulla conseguente formazione di NH4+.
Attraverso i calcoli, si determina che la concentrazione di ione H+ è pari a 0.00490 M, le moli di NH3 in eccesso sono 0.000626, le moli di NH4+ formate sono 0.000490, e le rispettive concentrazioni di queste specie. Successivamente, è possibile calcolare il pOH e il pH, che risultano pari a 4.62 e 9.37, rispettivamente.
In entrambi i casi, la determinazione del pH avviene mediante calcoli che coinvolgono la idrolisi o le reazioni di acido-base delle sostanze presenti in soluzione, permettendo di valutare l’acidità o la basicità delle soluzioni in questione.
