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pH di una soluzione di acido solfidrico

Calcolo del pH di una soluzione di acido solfidrico

Si calcoli il pH di una soluzione 0,1 M di acido solfidrico (H2S). Si sappia che Ka1 = 1,1 · 10-7 e che Ka2 = 1,1 · 10-14.

Svolgimento dell'esercizio

L'esercizio propone il calcolo del pH di una soluzione di acido solfidrico la cui formula chimica è H2S. L'acido solfidrico è un acido diprotico le cui dissociazioni sono entrambe deboli (infatti si ha che Ka1 = 1,1 · 10-7 e Ka2 = 1,1 · 10-14).

L'acido solfidrico è un acido diprotico che si ionizza nel seguente modo:

H2S + H2O ⇆ H3O+ + HS

HS + H2O ⇆ H3O+ + S2−

Calcoliamo inizialmente la concentrazione degli ioni H+ derivanti dalla prima ionizzazione:

H2S + H2O ⇆ H3O+ + HS

Per eseguire questo calcolo consideriamo H2S come se fosse un acido debole monoprotico (al riguardo si veda: pH di un acido debole monoprotico) e applichiamo la formula semplificata per il calcolo della [H3O+]:

pH acido solfidrico prima ionizzazione

e che quindi siccome [HS] = [H3O+] si ha che [HS] = 1,05 · 10-4.

Determiniamo ora la concentrazione degli ioni H+ derivanti dalla seconda ionizzazione:

HS + H2O ⇆ H3O+ + S2−

Si ha che:

..........HS + ....H2O ⇆ .....H3O+ + .......S2−

inizio...1,05·10-4.............1,05·10-4.......0

fine...1,05·10-4-Y............1,05·10-4+Y......Y

Ricordando che:

Ka2 di H2S

si ha che:

Ka2 = (1,05·10-4 + Y) · Y / (1,05·10-4 - Y)

Si ottiene una equazione di secondo grado che deve essere risolta:

Ka2 = (1,05·10-4 · Y + Y2) / (1,05·10-4 - Y)

1,1 · 10-14 = (1,05·10-4 · Y + Y2) / (1,05·10-4 - Y)

Da cui:

1,1 · 10-14 · (1,05 · 10-4 - Y) = 1,05 · 10-4 · Y + Y2

1,155 · 10-18 - 1,1 · 10-14 · Y = 1,05 · 10-4 · Y + Y2

Y2 + 1,05 · 10-4 · Y + 1,1 · 10-14 · Y - 1,155 · 10-18 = 0

Y2 + 1,05 · 10-4 · Y - 1,155 · 10-18 = 0

Da cui risolvendo l'equazione di secondo grado:

Y ≃ 1,1 ∙ 10-14

Ovvero:

[H+] = 1,1 ∙ 10-14

La [H+] totale è la somma dei due contribuiti (della prima ionizzazione e della seconda ionizzazione), per cui si ha che:

[H+] = 1,05 · 10-4 + 1,1 ∙ 10-14 ≃ 1,05 · 10-4

per cui:

pH = - log [H+] = - log (1,05 · 10-4) = 3,98

Come si può notare, in questo caso, dove Ka2 << Ka1, pertanto la [H3O+] è dovuta unicamente alla prima dissociazione. È necessario tenere conto della seconda ionizzazione solo se si vuole determinare la concentrazione di S2−. Le concentrazioni sia di HS– che di H3O+ non sono influenzate dalla seconda reazione di equilibrio.

Per un acido diprotico debole in entrambe le dissociazioni, in tutti i casi in cui Ka2 << Ka1, per il calcolo della [H3O+] è sufficiente quindi tenere conto unicamente della prima ionizzazione. Si può considerare Ka2 << Ka1 quando la Ka2 è più piccola di un fattore 100 rispetto alla Ka1.

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