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Acidi e basi

Acidi e basi. pH di acidi forti pH di acidi deboli Grado di dissociazione K a K b =K w pH di soluzioni saline Titolazione acido-base Acidi e basi poliprotici Equilibri simultanei Soluzioni tampone. Titolazioni acido-base. Punto Equivalente pH del punto equivalente

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Acidi e basi

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Presentation Transcript

  1. Acidi e basi pH di acidi forti pH di acidi deboli Grado di dissociazione KaKb=Kw pH di soluzioni saline Titolazione acido-base Acidi e basi poliprotici Equilibri simultanei Soluzioni tampone

  2. Titolazioni acido-base • Punto Equivalente • pH del punto equivalente • Come varia il pH durante la titolazione Casi diversi 1. Titolazione di una base forte con un acido forte 2. Titolazione di una base forte con un acido debole 2bis. Titolazione di una base debole con un acido forte 3. Titolazione di una base debole con un acido debole

  3. Titolazione acido-base Titolare 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

  4. HA H+ + A- Titolazione acido-base Titolare significa determinare la esatta concentrazione di una sostanza a concentrazione (titolo) ignoto BOH B+ + OH- H2O H+ + OH- Kw=10-14 H2O H+ + OH-

  5. HA H+ + A- Titolazione acido-base Titolare significa determinare la esatta concentrazione di una sostanza a concentrazione (titolo) ignoto Moli H+ = Ca x Va BOH B+ + OH- Moli OH- = Cb x Vb H2O H+ + OH- Kw=10-14 H2O H+ + OH-

  6. Titolazione acido-base Si ha il PUNTO EQUIVALENTE Qunado le moli di H+ provenienti dall’acido sono uguali alle moli di OH- provenienti dalla base H2O H+ + OH- 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.

  7. pH del punto equivalente H2O H+ + OH- 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.

  8. pH del punto equivalente H2O H+ + OH- 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.

  9. pH del punto equivalente H2O H+ + OH- 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.

  10. Sale di acido forte e base debole Es: NH4Cl pH acido No base Acido debole NH4OH NH4+ + H2O NH3 + H3O+ Ka=5.5x10-10 Cl- + H2O HCl + OH- Kb<1x10-14

  11. Sale di acido forte e base debole NH4+ + H2O H3O+ + NH3 Ka=5.5x10-10 [ H3O+ ] [NH3 ] [ H3O+ ]=x Ka = [NH4+ ] x x x2 [ H3O+ ]=(KaCs)1/2 Ka = = (CS -x) CS

  12. Sale di acido forte e base debole [H+]=(CSKa)1/2 Ka= acido coniugato della base debole

  13. 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- ?

  14. Titolazioni acido-base A 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

  15. Titolazioni acido-base 5.0 ml di una Soluzione di HCl 1.0x10-2 M Moli H+=Ca x Va HCl H+ + Cl- HCl é acido forte, la reazione di dissociazione acida é completamente spostata a destra [H+ ] = 1.0x 10 -2 M pH =-log ( 1x 10 -2 ) =2

  16. Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H+ + Cl- Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 Aggiungo 1ml di NaOH 1x 10-2 M Moli OH-=Cb x Vb = 1.0x10-5 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

  17. Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H+ + Cl- Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 Aggiungo 1ml di NaOH 1x 10-2 M Moli OH-=Cb x Vb = 1.0x10-5 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- 5.0x10-5 1.0x10-5

  18. Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H+ + Cl- Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 Aggiungo 1ml di NaOH 1x 10-2 M Moli OH-=Cb x Vb = 1.0x10-5 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 5.0x10-5 1.0x10-5

  19. Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H+ + Cl- Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 Aggiungo 1ml di NaOH 1x 10-2 M Moli OH-=Cb x Vb = 1.0x10-5 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 1.0x10-5 4.0x10-5 0

  20. Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H+ + Cl- Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 Aggiungo 1ml di NaOH 1x 10-2 M Moli OH-=Cb x Vb = 1.0x10-5 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 La 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 (5,00x10-3 ) + (1,00x10-3 ) pH =-log ( 6,67x 10 -3 ) =2,2

  21. Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H+ + Cl- Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 Aggiungo 2ml di NaOH 1x 10-2 M Moli OH-=Cb x Vb = 2.0x10-5 NaOH Na+ + OH- H+ + OH- H2O 5.0x10-5 2.0x10-5 3.0x10-5

  22. Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H+ + Cl- Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 Aggiungo 2ml di NaOH 1x 10-2 M Moli OH-=Cb x Vb = 4.0x10-5 NaOH Na+ + OH- H+ + OH- H2O 5.0x10-5 4.0x10-5 1.0x10-5

  23. Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H+ + Cl- Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 ! Aggiungo 5ml di NaOH 1x 10-2 M Moli OH-=Cb x Vb = 5.0x10-5 NaOH Na+ + OH- H2O H+ + OH-

  24. Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H+ + Cl- Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 ! Aggiungo 5ml di NaOH 1x 10-2 M Moli OH-=Cb x Vb = 5.0x10-5 NaOH Na+ + OH- H+ + OH- 5.0x10-5 5.0x10-5

  25. Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H+ + Cl- ! Aggiungo 5ml di NaOH 1x 10-2 M NaOH Na+ + OH- H2O H+ + OH- 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 ?

  26. Titolazioni acido-base Al 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 H2O H+ + OH- La concentrazione degli ioni H+ dipende solo dall’equilibrio di autoprotolisi dell’acqua, pertanto [H+ ] = [OH- ] =10 -7 pH = pOH =7

  27. Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H+ + Cl- Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 Aggiungo 6ml di NaOH 1x 10-2 M Moli OH-=Cb x Vb = 6.0x10-5 NaOH Na+ + OH- H+ + OH- H2O 5.0x10-5 6.0x10-5 1.0x10-5

  28. Titolazioni acido-base Cosa accade se continuo ad aggiungere NaOH 1x 10 -2 M, facendo aggiunte di 1ml alla volta? H2O H+ + OH- HCl H+ + Cl- 5 ml HCl 1x 10-2 M Ioni H+ provenienti da acido= 5,00x 10-3 x 1x10-2 NaoH Na+ + OH- 6 ml NaOH 1x 10-2 M Ioni OH- provenienti da base= 6,00x 10-3 x 1x10-2 [OH- ] = (6,00x10-3 ) 1x 10 -2 - (5,00x10-3 ) 1x 10 -2 = 9,1x10-4 (6,00x10-3 ) + (5,00x10-3 ) pOH =-log ( 9,1x 10 -4 ) =3,0 pH =11,0

  29. Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H+ + Cl- Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 Aggiungo 7ml di NaOH 1x 10-2 M Moli OH-=Cb x Vb = 7.0x10-5 NaOH Na+ + OH- H+ + OH- H2O 5.0x10-5 7.0x10-5 2.0x10-5

  30. Titolazioni acido-base H2O H+ + OH- HCl H+ + Cl- 5 ml HCl 1x 10-2 M Ioni H+ provenienti da acido= 5,00x 10-3 x 1x10-2 NaoH Na+ + OH- 7 ml NaOH 1x 10-2 M Ioni OH- provenienti da base= 7,00x 10-3 x 1x10-2 [OH- ] = (7,00x10-3 ) 1x 10 -2 - (5,00x10-3 ) 1x 10 -2 = 1,7x10-3 (7,00x10-3) + (5,00x10-3 ) pOH =-log ( 1,7x 10 -3 ) =2,8 pH =11,2

  31. Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H+ + Cl- Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 Aggiungo 10ml di NaOH 1x 10-2 M Moli OH-=Cb x Vb = 10.0x10-5 NaOH Na+ + OH- H+ + OH- H2O 5.0x10-5 10.0x10-5 5.0x10-5

  32. Titolazioni acido-base H2O H+ + OH- HCl H+ + Cl- 5 ml HCl 1x 10-2 M Ioni H+ provenienti da acido= 5,00x 10-3 x 1x10-2 NaoH Na+ + OH- 10 ml NaOH 1x 10-2 M Ioni OH- provenienti da base= 10,00x 10-3 x 1x10-2 [OH- ] = (10,00x10-3 ) 1x 10 -2 - (5,00x10-3 ) 1x 10 -2 = 3,3x10-3 (10,00x10-3) + (5,00x10-3 ) pOH =-log ( 3,3x 10 -3 ) =2,5 pH =11,5

  33. Titolazioni acido-base

  34. Titolazioni acido-base 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

  35. Titolazioni acido-base Ripetiamo l’esperimento considerando sempre un acido forte ma consideriamo l’aggiunta di unaBASE DEBOLE

  36. Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 Moli OH-=Cb x Vb = 1.0x10-5 H+ + OH- H2O 5.0x10-5 1.0x10-5 4.0x10-5 Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H+ + Cl- Aggiungo 1ml di NH3 1x 10-2 M NH3 NH4+ + 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

  37. Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H+ + Cl- Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 Aggiungo 3ml di NH3 1x 10-2 M Moli OH-=Cb x Vb = 3.0x10-5 NH3 NH4+ + 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 5.0x10-5 3.0x10-5 2.0x10-5

  38. Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H+ + Cl- Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 Aggiungo 5ml di NH3 1x 10-2 M Moli OH-=Cb x Vb = 5.0x10-5 NH3 NH4+ + 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 5.0x10-5 5.0x10-5 ?

  39. Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H+ + Cl- Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 Aggiungo 5ml di NH3 1x 10-2 M Moli OH-=Cb x Vb = 5.0x10-5 NH3 NH4+ + 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 5.0x10-5 5.0x10-5 ?

  40. Titolazioni acido-base Al 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 H2O H+ + OH- 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+

  41. Titolazioni acido-base Il pH é determinato proprio dalla reazione acida dello ione NH4+ 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 ammonio l pH é determinato proprio dalla reazione acida dello ione NH4+ ( [H+] = ( Cs x Ka) ½ = 5x10-3 x 1x10-2x ) 1/2 = 1,66x10-6 x 5.5x10-10 (5x10-3 + 5x10-3) pH = log ( 1,66 x 10-6) = 5,78

  42. Titolazioni acido-base

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

  44. Titolazioni acido-base 5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M HCl H+ + Cl- Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5 Aggiungo 5ml di NH3 1x 10-2 M Moli OH-=Cb x Vb = 5.0x10-5 NH3 NH4+ + 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 5.0x10-5 5.0x10-5

  45. Titolazioni acido-base NH3 + H+ NH4+ NH4+ OH- NH3 + H2O +

  46. Titolazioni acido-base NH3 + H+ NH4+ NH4+ OH- NH3 + H2O + 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

  47. Titolazioni acido-base NH3 + H+ NH4+ NH4+ OH- NH3 + H2O + Quando in soluzione abbiamo contemporaneamente NH3 e NH4+ , ciascuno dei due equilibri sposta verso sinistra l’altro

  48. Titolazioni acido-base NH3 + H+ NH4+ NH4+ OH- NH3 + H2O + 5x10-3 x 1x10-2 [OH-] [OH-] 1,8x10-5 [NH4+] (5x10-3 + 6x10-3) = Kb= [NH3] 1x10-3 x 1x10-2 (5x10-3 + 6x10-3) [OH-] = 3,6 x10-6 pOH = 5,44 pH = 8,56

  49. Titolazioni acido-base NH3 + H+ NH4+ NH4+ OH- NH3 + H2O + 5x10-3 x 1x10-2 [OH-] [OH-] 1,8x10-5 [NH4+] (5x10-3 + 7x10-3) = Kb= [NH3] 2x10-3 x 1x10-2 (5x10-3 + 7x10-3) [OH-] = 7,2 x10-6 pOH = 5,14 pH = 8,86

  50. Titolazioni acido-base NH3 + H+ NH4+ NH4+ OH- NH3 + H2O + 5x10-3 x 1x10-2 [OH-] [OH-] 1,8x10-5 [NH4+] (5x10-3 + 8x10-3) = Kb= [NH3] 3x10-3 x 1x10-2 (5x10-3 + 8x10-3) [OH-] = 1,1 x10-5 pOH = 4,97 pH = 9,03

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