Acidi e basi

Acidi e basipH di acidi fortipH di acidi deboliGrado di dissociazioneKaKb=KwpH di soluzioni salineTitolazione acido-baseAcidi e basi poliproticiEquilibri simultaneiSoluzioni tampone

Titolazioni acido-base

1. Titolazione di una base forte con un acido forte

1. Punto Equivalente2. pH del punto equivalente3. Come varia il pH durante la titolazione

Casi diversi

2. Titolazione di una base forte con un acido debole2bis. Titolazione di una base debole con un acido forte

3. Titolazione di una base debole con un acido debole

Titolazione acido-baseTitolare significa determinare la

esatta concentrazione di una sostanza a concentrazione (titolo)

ignoto

Per Titolare una sostanza occorre fare una reazione QUANTITATIVA con un’altra sostanza a concentrazione (titolo) noto

Titolazione acido-baseTitolare significa determinare la esatta concentrazione di una sostanza a concentrazione (titolo) ignoto

HA H+ + A-

BOH B+ + OH-

H2O H+ + OH-

H+ + OH- H2O

Kw=10-14

Titolazione acido-baseTitolare significa determinare la esatta concentrazione di una sostanza a concentrazione (titolo) ignoto

HA H+ + A-

BOH B+ + OH-

H2O H+ + OH-

H+ + OH- H2O

Kw=10-14

Moli H+ = Ca x VaMoli OH- = Cb x Vb

Titolazione acido-baseSi ha il PUNTO EQUIVALENTE Qunado le moli di H+ provenienti dall’acido sono uguali alle moli di OH- provenienti dalla base

H+ + OH- H2O

Ma x Va = Mb x Vb

IL PUNTO EQUIVALENTE è INDIPENDENTE dal fatto che acido o base siano forti o deboli

Per quanto deboli possano essere l’acido o la base, la reazione di formazione di H2O sarà spostata a destra in modo QUANTITAVO.

pH del punto equivalenteH+ + OH- H2O

Ma x Va = Mb x Vb Acido Forte HCl + Base forte NaOH

Sale in soluzione: NaCl

Né lo ione Na+ ne lo ione Cl- hanno proprietà acido-base significative, pertanto il pH del punto equivalente è 7.


Ma x Va = Mb x Vb Acido Forte HCl + Base debole NH3

Sale in soluzione: NH4Cl

Lo ione Cl- non ha proprietà acido-base significative

Lo ione NH4+ è un acido debole (acido coniugato di base debole

NH3) , pertanto il pH del punto equivalente è < 7.


Ma x Va = Mb x Vb Acido Debole HCN + Base forte NaOH

Sale in soluzione: NaCN

Lo ione Na+ non ha proprietà acido-base significative

Lo ione CN- è una base debole (base coniugata di acido debole HCN) , pertanto il pH del punto equivalente è > 7.

Es: NH4Cl

Acido debole No base pH acido

Sale di acido forte e base debole

NH4+ +

H2ONH3 + H3O+

Cl- + H2O

HCl + OH-

Kb<1x10-14

Ka=5.5x10-10

Sale di acido forte e base debole

NH4+ + H2O H3O+ + NH3 Ka=5.5x10-10

Ka = [ H3O+ ] [NH3 ]

[NH4+ ]

x x

(CS -x)

[ H3O+ ]=x

x2

CS

= Ka = [ H3O+ ]=(KaCs)1/2

Sale di acido forte e base debole[H+]=(CSKa)1/2

Ka= acido coniugato della base debole

Abbiamo analizzato la situazione al Punto equivalente

Cosa succede durante la titolazione? Ovvero come si determina il pH quando si consideranoquantità NON EQUIVALENTI di H+ e di OH- ?

Titolazioni acido-baseA 5.0 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M si aggiungono 10 ml di una soluzione 1x10-2 M di NH3. Le aggiunte sono fatte 1.0 ml alla volta. Calcolare per ogni aggiunta il valore del pH

Titolazioni acido-base5.0 ml di una Soluzione di HCl 1.0x10-2 M

HCl é acido forte, la reazione di dissociazione acida é completamente spostata a destra

HCl H+ + Cl-

[H+ ] = 1.0x 10 -2 M

pH =-log ( 1x 10 -2 ) =2

Moli H+=Ca x Va

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 1ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

Gli OH- che si formano dalla dissociazione basica reagiscono COMPLETAMENTE con l’ ECCESSO di acido forte per andare a formare H2O secondo la reazione

H+ + OH- H2O

Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 1.0x10-5



HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-


H+ + OH-



5.0x10-5 1.0x10-5



HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-


H+ + OH- H2O



5.0x10-5 1.0x10-5



HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-


H+ + OH- H2O



4.0x10-5 1.0x10-50



HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-


H+ + OH- H2OLa concentrazione in soluzione degl ioni H+ é quella iniziale meno quelli che hanno reagito con OH- per formare acqua[H+ ] = (5,00x10-3 ) 1x 10 -2 - (1,00x10-3 ) 1x 10 -2 = 6,67x10-3

pH =-log ( 6,67x 10 -3 ) =2,2

(5,00x10-3 ) + (1,00x10-3 )





HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-



H+ + OH- H2O

5.0x10-5 2.0x10-5

3.0x10-5



HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-



H+ + OH- H2O

5.0x10-5 4.0x10-5

1.0x10-5



HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

H+ + OH- H2O

!Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5




HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

H+ + OH-

!Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5


5.0x10-5 5.0x10-5



HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

H+ + OH- H2O

Quando l’aggiunta di base é pari alla concentrazione in soluzione degl ioni H+ TUTTI gli ioni H+ in soluzione reagiscono con gli OH- provenienti dalla base e la TITOLAZIONE GIUNGE AL PUNTO EQUIVALENTE

!

Il pH? Cosa c’é in soluzione ?

Titolazioni acido-baseAl punto EQUIVALENTE, tutto l’acido é stato neutralizzato dalla base in soluzione rimangono solamente I controioni di acido e base, ovvero Na+ e Cl- dal momento che tutti gli H+ e tutti gli OH- hanno reagito in modo quantitativo per formare H2O

H+ + OH- H2O

La concentrazione degli ioni H+ dipende solo dall’equilibrio di autoprotolisi dell’acqua, pertanto

[H+ ] = [OH- ] =10 -7

pH = pOH =7



HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-



H+ + OH- H2O

5.0x10-5 6.0x10-5

1.0x10-5

Titolazioni acido-baseCosa accade se continuo ad aggiungere NaOH 1x 10 -2 M, facendo aggiunte di 1ml alla volta?

H+ + OH- H2O

HCl H+ + Cl-

5 ml HCl 1x 10-2 MIoni H+ provenienti da acido = 5,00x 10-3 x

1x10-2 NaoH Na+ + OH-

6 ml NaOH 1x 10-2 MIoni OH- provenienti da base = 6,00x 10-3 x 1x10-2

[OH- ] = (6,00x10-3 ) 1x 10 -2 - (5,00x10-3 ) 1x 10 -2 (6,00x10-3 ) + (5,00x10-3 )

= 9,1x10-4

pOH =-log ( 9,1x 10 -4 ) =3,0 pH =11,0



HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-



H+ + OH- H2O

5.0x10-5 7.0x10-5

2.0x10-5


H+ + OH- H2O

HCl H+ + Cl-



7 ml NaOH 1x 10-2 MIoni OH- provenienti da base = 7,00x 10-3 x 1x10-2

[OH- ] = (7,00x10-3 ) 1x 10 -2 - (5,00x10-3 ) 1x 10 -2 (7,00x10-3 ) + (5,00x10-3 )

= 1,7x10-3

pOH =-log ( 1,7x 10 -3 ) =2,8 pH =11,2



HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-



H+ + OH- H2O

5.0x10-5 10.0x10-5

5.0x10-5


H+ + OH- H2O

HCl H+ + Cl-



10 ml NaOH 1x 10-2 MIoni OH- provenienti da base = 10,00x 10-3 x

1x10-2 [OH- ] = (10,00x10-3 ) 1x 10 -2 - (5,00x10-3 ) 1x 10 -2

(10,00x10-3 ) + (5,00x10-3 ) = 3,3x10-3

pOH =-log ( 3,3x 10 -3 ) =2,5 pH =11,5

Titolazioni acido-baseacido forte-base forte

0

2

4

6

8

10

12

14

0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012

aggiunta ml OH-

pH


0

2

4

6

8

10

12

14

0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012

aggiunta ml OH-

pH

L’effetto sul pH della aggiunta di una base ad una souzione acida NON é lineare!

Fintanto che c’é un eccesso di ioni H+, LA SOLUZIONE E’ ACIDA ed il pH si calcola considerando la presenza di un ACIDO FORTE in soluzione

Nel momento in cui tutto l’eccesso di H+ é neutralizzato, il pH diventa subito neutro (pH=7)La prima aggiunta successiva, anche molto piccola di

base, fa diventare la soluzione BASICA ed il pH deve essere calcolato considerando la presenza in soluzione di una BASE FORTE


Ripetiamo l’esperimento considerando sempre un acido forte ma consideriamo l’aggiunta di unaBASE DEBOLE


Aggiungo 1ml di NH3 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NH3 NH4+ + OH-




H+ + OH- H2O

5.0x10-5 1.0x10-5

4.0x10-5



HCl H+ + Cl-

NH3 NH4+ + OH-




H+ + OH- H2O

5.0x10-5 3.0x10-5

2.0x10-5



HCl H+ + Cl-

NH3 NH4+ + OH-




H+ + OH- H2O

5.0x10-5 5.0x10-5

?



HCl H+ + Cl-

NH3 NH4+ + OH-




H+ + OH- H2O

5.0x10-5 5.0x10-5

?

Titolazioni acido-baseAl punto EQUIVALENTE, tutto l’acido é stato neutralizzato dalla base in soluzione rimangono solamente I controioni di acido e base, ovvero NH4

+ e Cl- dal momento che tutti gli H+ e tutti gli OH- hanno reagito in modo quantitativo per formare H2O

H+ + OH- H2O

La reazione qui sotto indicata NON puo’ essere trascurata perché l’acido coniugato di una base debole é un acido debole e la sua reazione acida deve essere considerata

NH4+ + H2O NH3 + H+

Titolazioni acido-baseIl pH é determinato proprio dalla reazione acida dello ione NH4

+

x[H+] = ( Cs x Ka) ½ = 5x10-3 x 1x10-2x (5x10-3 + 5x10-3)

Da un punto di vista numerico, il problema si affronta come quello di una soluzione di NH4Cl, che dipende dalla concentrazione del sale e dall a Ka dello ione ammoniol pH é determinato proprio dalla reazione acida dello ione NH4

+

5.5x10-10

( )1/2 = 1,66x10-6

pH = log ( 1,66 x 10-6) = 5,78


acido fore-base debole

0

2

4

6

8

10

12

14

0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012

aggiunta ml OH-

pH

Titolazioni acido-basePero’… attenzione a cosa succede quando, nel caso precedente, si continua ad aggiungere una base debole



HCl H+ + Cl-

NH3 NH4+ + OH-




H+ + OH- H2O

5.0x10-55.0x10-5

Titolazioni acido-baseNH3 + H+NH4

+

NH3 H2O NH4+ OH-++


+

NH3 H2O NH4+ OH-++

Quando aggiungo ancora 1 ml di NH3 non ci sono piu’ H+ da neutralizzare.Poiché NH3 é una base debole, NH3 in eccesso non é completamente spostato a destra, coem nel caso di una agiunta di NaOH


+

NH3 H2O NH4+ OH-++

Quando in soluzione abbiamo contemporaneamente NH3 e NH4

+ , ciascuno dei due equilibri sposta verso sinistra l’altro


+

NH3 H2O NH4+ OH-++

Kb=[NH4

+] [OH-][NH3] =

5x10-3 x 1x10-2 [OH-](5x10-3 + 6x10-3)

1x10-3 x 1x10-2

(5x10-3 + 6x10-3)

1,8x10-5

[OH-] = 3,6 x10-6 pOH = 5,44 pH = 8,56


+

NH3 H2O NH4+ OH-++

Kb=[NH4

+] [OH-][NH3] =

5x10-3 x 1x10-2 [OH-](5x10-3 + 7x10-3)

2x10-3 x 1x10-2

(5x10-3 + 7x10-3)

1,8x10-5

[OH-] = 7,2 x10-6 pOH = 5,14 pH = 8,86


+

NH3 H2O NH4+ OH-++

Kb=[NH4

+] [OH-][NH3] =

5x10-3 x 1x10-2 [OH-](5x10-3 + 8x10-3)

3x10-3 x 1x10-2

(5x10-3 + 8x10-3)

1,8x10-5

[OH-] = 1,1 x10-5 pOH = 4,97 pH = 9,03


+

NH3 H2O NH4+ OH-++

Kb=[NH4

+] [OH-][NH3] =

5x10-3 x 1x10-2 [OH-](5x10-3 + 9x10-3)

4x10-3 x 1x10-2

(5x10-3 + 9x10-3)

1,8x10-5

[OH-] = 1,4 x10-5 pOH = 4,84 pH = 9,16


+

NH3 H2O NH4+ OH-++

Kb=[NH4

+] [OH-][NH3] =

5x10-3 x 1x10-2 [OH-](5x10-3 + 10x10-3)

5x10-3 x 1x10-2

(5x10-3 + 10x10-3)

1,8x10-5

[OH-] = 1,8 x10-5 pOH = 4,74 pH = 9,26


0

2

4

6

8

10

12

14

0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012

aggiunta ml OH-

pH


0

2

4

6

8

10

12

14

0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012

aggiunta ml OH-

pH

La presenza contemporanea di una base debole e della sua base coniugata, contribuisce a rendere il pH della soluzione relativamente stabile ed insensibile rispetto all’aggiunta della base.

Soluzioni tampone

Soluzioni tampone Una soluzione tampone è una soluzione acquosa dove un acido debole e la sua base coniugata sono contemporaneamente presenti in soluzione

Essa serve a MANTENERE COSTANTE IL PH DI UNA SOLUZIONE PER EFFETTO DELLA DILUIZIONE O PER PICCOLE AGGIUNTE DI ACIDO O DI BASE FORTE

Soluzioni Tampone: come funziona

Consdieriamo una soluzione contenente CH3COOH

Ka = [ CH3COO- ][H3O+]

[ CH3COOH ] CH3COOH CH3COO- + H3O+

Ka [ CH3COO- ]

[H3O+] =[ CH3COOH ]


Consdieriamo una soluzione contenente CH3COO-

Kb = [ CH3COOH ][OH-]

[ CH3COO- ] CH3COO- +H2O CH3COOH + OH-

Kb [ CH3COOH ]

[OH-] =[ CH3COO - ]


Se mescolo acido e base debole i due equilibri saranno operativi insieme

CH3COO- +H2O CH3COOH + OH-

CH3COOH CH3COO- + H3O+ Ka = ca. 10-5

Kb = ca. 10-10


Se mescolo acido e base debole i due equilibri saranno operativi insieme

CH3COO- +H2O CH3COOH + OH-

CH3COOH CH3COO- + H3O+

Ka = [ CH3COO- ][H3O+]

[ CH3COOH ]


Se io aggiungo in soluzione una soluzione di CH3COOH in concentrazione Ca e di CH3COONa, in concentrazione Cs


Ka [ CH3COO- ]

[H3O+] = [ CH3COOH ]

CH3COO- CH3COOH + OH-

acidobase


La reazione di dissociazione acida di un acido debole in presenza della sua base coniugata sarà ancora piu’ spostata a sinistra, perché siamo in presenza di un prodotto

Di fatto si puo’ considerare che la reazione è completamente spostata a sinistra e che la concentrazione di CH3COOH all’equilibrio è interamente data dalla concentrazione stechiometrica dell’acido di partenza


Anche La reazione basica della base debole coniugata è completamente spostata a sinistra, perché siamo in presenza di un prodotto, ovvero dell’acido coniugato

Quindi la concentrazione di CH3COO- all’equilibrio è interamente data dalla concentrazione stechiometrica del sale di partenza

Soluzioni Tampone


Ka [ CH3COO- ]

[H3O+] =[ CH3COOH ]


[ CH3COOH ]= Ca

[ CH3COO- ] =Cs

Ka Ca[H3O+] =Cs

Soluzioni Tampone

Ka Ca[H3O+] =Cs

Effetto della diluizione

Soluzioni Tampone

Ka Ca[H3O+] =Cs

C’a=Ca/10C’s=Cs/10

Ka C’a[H3O+] =C’s

=Ca/10

Cs/10 =Ca

Cs

Soluzioni Tampone

Ka Ca[H3O+] =Cs

Se la soluzione tampone viene diluita o concentrata, il rapporto Ca/Cs non cambia e quindi il pH rimane cost.

Soluzioni Tampone

Ka Ca[H3O+] =Cs

Effetto della aggiunta di acido o base forte in piccole* quantità

Piccole=minore di Ca o Cs

Soluzioni Tampone Aggiungo Acido forte C0

HCl

HCl H+ + Cl-

Soluzioni Tampone


Aggiungo Acido forte C0HCl

[ CH3COOH ]= Ca

HCl H+ + Cl-

Soluzioni Tampone



[ CH3COOH ]= Ca+ C0HCl

HCl H+ + Cl-

Soluzioni Tampone




HCl H+ + Cl-

[ CH3COO- ]= Cs- C0HCl

Soluzioni Tampone


Ka [ CH3COO- ]

[H3O+] =[ CH3COOH ]


Ka Ca + C0

HCl [H3O+] =Cs- C0

HCl


[ CH3COO- ]= Cs- C0HCl


Soluzioni Tampone Aggiungo Base forte C0

NaOH

NaOH Na+ + OH-

Soluzioni Tampone

CH3COO - CH3COOH + OH- [ CH3COO - ]= Cs

Aggiungo Base forte C0NaOH

NaOH Na+ + OH-

Soluzioni Tampone

CH3COO - CH3COOH + OH- [ CH3COO - ]= Cs+ C0NaOH


NaOH Na+ + OH-

Soluzioni Tampone

CH3COO - CH3COOH + OH- [ CH3COO - ]= Cs+ C0NaOH


NaOH Na+ + OH-

[ CH3COOH ]= Ca- C0NaOH

Soluzioni Tampone


Ka [ CH3COO- ]

[H3O+] =[ CH3COOH ]


Ka Ca - C0

NaOH [H3O+] =Cs+ C0

NaOH


[ CH3COO- ]= Cs+ C0NaOH


Soluzioni Tampone



[ CH3COO- ] =Cs-C0

HCl

HCl H+ + Cl-




[ CH3COO- ] =Cs+C0

NaOH

NaOH Na+ + OH-


Soluzioni Tampone Aggiungo Acido forte C0

HCl

HCl H+ + Cl-


NaOH Na+ + OH-

Ka Ca - C0

NaOH[H3O+] =

Cs+ C0NaOH

Ka Ca + C0

HCl[H3O+] =

Cs- C0HCl

Soluzioni TamponeSommario

ProprietàUna soluzione tampone permette di stabilizzare il pH ad valore intorno al valore della pKa

Se desidero avere un determinato pH in soluzione, devo trovare la coppia acido-base coniugata che dispone della Ka o Kb adatta

Il pH é relativamente INSENSIBILE agli effetti dell’aggiunta di un acido o base forte

Il pH é insensibile agli effetti della diluizione

Quando uno dei due componenti della coppia A-B si esaurisce, la soluzione tampone cessa di essere tale

Soluzioni TamponeSommario

Acidi poliprotici

H2SO4 + H2O H3O+ + HSO4 -

HSO4 - + H2O H3O+ + SO4 2-

Ka1>1

Ka2= 2x10-2

[H+] = [H+] + [H+] Somma degli H+ derivanti da entrambe le dissociazioni acide

Equilibri simultaneiUna soluzione di H2SO4 in H2O equivale ad una soluzione di Acido FORTE (Ka1>1) + una soluzione di Acido DEBOLE (Ka2= 2x10-2)

H2SO4 + H2O H3O+ + HSO4 - Ka1>1Questo equilibrio è completamente spostato a dx[H+]=C0A

HSO4 - + H2O H3O+ + SO4 2- Ka2= 2x10-2

Ka2 = [ H3O+ ] [SO4

2- ]

[HSO4- ]

= (C0A +x) x

(C0A -x)

(torniamo a) Acidi poliprotici

Cosa succede se anche la prima dissociazione non è forte (Ka1<1)

EsH3PO4CO2SO2

Reazioni acido-baseL’equilibrio acido-base del tipo

Acido 1 + Base 2

Base 1 + Acido 2

E’ sempre spostato verso la coppia piu’ debole

Date post:	20-Mar-2016
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Acidi e basi

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