L’idrolisi acida dello ione ammonio

Efrem ha scritto:
Le volevo chiedere appena ha del tempo libero se può spiegare questo problema e risolverlo ..
Calcola il pH di una soluzione ottenuta sciogliendo in acqua 0,25 mol di NH₃ e 0,25 mol di HClO₄ in un volume finale pari a 500 mL (pK_a NH₄⁺ = 9,5)
La ringrazio del tempo che mi dedicherà.

Rispondo così:

Quando si sciolgono in acqua 0,25 mol di NH₃ e 0,25 mol di HClO₄, avviene la reazione acido-base

NH_3(aq)  +  HClO_4(aq)  → NH₄⁺_(aq)  +  ClO₄^-_(aq)

che, dato il rapporto molare di reazione, porta alla formazione di 0,25 mol di entrambi gli ioni.

Il valore del pH della soluzione dipende dal comportamento in acqua dei due tipi di ioni. Mentre lo ione ClO₄^- è la base coniugata di un acido fortissimo, ed essendo debolissima non è in grado di reagire apprezzabilmente con le molecole di acqua della soluzione, lo ione ammonio è l’acido coniugato di una base debole e può reagire con l’acqua secondo la reazione

NH₄⁺_(aq)  +  H₂O_(l)→ NH_3(aq) +  H₃O⁺_(aq)

A una tale reazione si dà il nome di idrolisi acida; alcune molecole di acqua, infatti, si trasformano in ioni H₃O⁺ così che il pH della soluzione finale risulta acido, cioè inferiore a 7.

Essendo lo ione ammonio un acido debole, come si può intuire dal valore del suo pK_a, è possibile calcolare la concentrazione degli ioni H₃O⁺ utilizzando la relazione [H⁺]² = K_a·C_a. I calcoli in dettaglio sono questi:

K_a NH₄⁺ = 10^-pKa = 10^-9,5 = 3,16·10^-10

n NH₄⁺ = n NH₃= 0,25 mol

M = n / V

 [NH₄⁺] = n NH₄⁺/ V_finale = 0,25 mol / 0,500 L = 0,50 mol/L = C_a

[H⁺]² = K_a·C_a = 3,16·10^-10 ·  0,50 = 1,58·10^-10

[H⁺] = 1,26·10^-5mol/L

pH = -log [H⁺] = -log 1,26·10^-5 = 4,9

In conclusione, il pH della soluzione finale è pari a 4,9.