Soluzioni tampone
Le soluzioni tampone e il calcolo del pH. Vendita soluzioni tampone
Le soluzioni tampone sono soluzioni contenenti miscele di soluti che impediscono significative variazioni di pH per aggiunta di moderate quantità di acidi e di basi forti.
Esse possono contenere contemporaneamente, in concentrazioni all'incirca uguali:
un acido debole e la sua base coniugata
esempio CH3COOH / CH3COONa
oppure
una base debole e il suo acido coniugato
esempio NH3 / NH4Cl.
Effetto tampone
Per vedere a cosa è dovuto l'effetto tampone di queste soluzioni, consideriamo una soluzione formata da acido acetico CH3COOH e acetato di sodio CH3COONa.
L'acido acetico, essendo debole, si dissocia solo parzialmente:
mentre l'acetato di sodio si dissocia completamente:
Il sale ha lo scopo di aumentare la concentrazione dello ione CH3COO− cioè dello stesso ione che si forma, però in piccole quantità, per dissociazione dell'acido debole. In questo modo si ottiene una soluzione con concentrazioni di CH3COOH e CH3COO− molto vicine tra loro; ed è proprio questo che determina l'effetto tamponante della soluzione. Vediamo in che modo.
Se si aggiunge dell'acido forte alla soluzione tampone, aumenta la concentrazione degli ioni H3O+, ma tale aumento viene annullato dagli ioni CH3COO− presenti nella soluzione, dato che, per ristabilire l'equilibrio, la reazione
procede da destra verso sinistra.
Se si aggiunge della base forte alla soluzione tampone, gli ioni OH− della base neutralizzano subito i pochi ioni H3O+ presenti nella soluzione, però altri se ne formano in continuazione per dissociazione dell'acido. Il processo ha termine solo quando tutti gli ioni OH− risultano neutralizzati; in questo caso la reazione precedente procede da sinistra a destra.
In modo del tutto analogo a quello ora descritto agiscono le soluzioni tampone costituite da una base debole e da un suo sale.
Determinazione della [H+] di una soluzione tampone
Consideriamo una soluzione tampone formata da un acido debole e la sua base coniugata (es. CH3COOH / CH3COONa). È possibile determinare la concentrazione degli ioni H+ della soluzione per mezzo della seguente fomula:
in cui:
- Ka = costante di ionizzazione dell'acido
- Ca = concentrazione dell'acido nella soluzione tampone
- Cs = concentrazione del sale nella soluzione tampone
La formula precedente può essere semplificata se si considera che l'acido e il sale sono presenti nella stessa soluzione e che, quindi, il rapporto delle loro concentrazioni è anche il rapporto del loro numero di moli. Pertanto possiamo anche scrivere:
in cui:
- na = numero di moli dell'acido
- ns = numero moli del sale
Consideriamo una soluzione tampone formata da una base debole e dal suo acido coniugato (es. NH3 / NH4Cl). È possibile determinare la concentrazione degli ioni OH− della soluzione per mezzo della seguente fomula:
in cui:
- Kb = costante di ionizzazione della base
- Cb = concentrazione della base nella soluzione tampone
- Cs = concentrazione del sale nella soluzione tampone
La formula precedente può essere semplificata se si considera che la base e il sale sono presenti nella stessa soluzione e che, quindi, il rapporto delle loro concentrazioni è anche il rapporto del loro numero di moli. Pertanto possiamo anche scrivere:
in cui:
- nb = numero di moli della base
- ns = numero moli del sale
Esercizi sulle soluzioni tampone
Li trovi al seguente link: esercizi sui tamponi.
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