pH di acidi e basi deboli
Come si calcola il pH di acidi e basi deboli
Gli acidi e le basi deboli in soluzione si ionizzano solo parzialmente tendendo a rimanere per buona parte indissociati.
Per un generico acido debole HA, l'equilibrio di dissociazione è espresso dall'equazione:
la cui costante acida è:
Calcolo del pH di acidi deboli
Volendo calcolare il pH di una soluzione di un acido debole HA, indichiamo con Ca la sua concentrazione molare iniziale, teorica, prima della dissociazione.
Indicando con X la quantità di HA che si dissocia, all'equilibrio avremo che [H+] =[A-] = X infatti da X mol/L di HA che si dissociano otterremo X mol/L di H+ e X mol/L di A−, mentre la concentrazione di HA che resta all'equilibrio sarà Ca-X cioè la quantità iniziale meno quella che si è dissociata.
Sostituendo si ha che:
Essendo HA un acido debole, la maggior parte dell'acido resta indissociato.
Il valore di X è trascurabile rispetto al valore di Ca (cioè la quantità di HA che si dissocia è trascurabile rispetto alla concentrazione iniziale dell'acido), pertanto con buona approssimazione possiamo affermare che Ca-X = Ca.
L'espressione della Ka può essere quindi così riscritta:
ricordando che X = [H+]:
da cui possiamo scrivere la formula finale per il calcolo della [H+] di un acido debole:
dalla quale si può ricavare il pH:
La semplificazione di cui si è parlato in precedenza, ovvero considerare Ca-X = Ca, può essere effettuata solo nel caso in cui il rapporto Ca/Ka > 100. In questi casi viene commesso un errore percentuale non superiore al 5%.
Se tale rapporto non soddisfatale condizione è necessario, per non incorrere in errori troppo elevati, svolgere l'equazione di secondo grado:
Ka = X2 / (Ca - X)
Calcolo del pH di basi deboli
Analogamente, per il calcolo della [OH−] per una base debole, usando lo stesso procedimento, si avrà:
dove Kb è la costante della base e Cb la sua concentrazione. Dalla relazione precedente si può ricavare la formula per il calcolo del pOH:
Anche in questo caso, la semplificazione Cb - X = Cb, può essere effettuata solo nel caso in cui il rapporto Cb / Kb > 100.
Se tale rapporto non soddisfatale condizione è necessario, per non incorrere in errori troppo elevati, svolgere l'equazione di secondo grado:
Kb = X2 / (Cb - X)
Esercizio
Calcolare il pH di una soluzione 0,1M di ammoniaca sapendo che la sua costante di dissociazione è Kb = 1,8 · 10-5
Svolgimento
Scriviamo l'equazione di ionizzazione dell'ammoniaca:
NH3 + H2O ⇄ NH4+ + OH−
Applicando la formula e sostituendo gli opportuni valori si ha:
[OH−] = radq (1,8 · 10-5 · 0,1)= 1,34 · 10-3 mol/l
da cui:
pOH = - log [OH−] = - log (1,34 · 10-3) = 2,87
pH = 14 - pOH = 14 - 2,87 = 11,13
Esercizi sul pH
Li trovi al seguente link: esercizi sul pH.
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