Le variazioni di pH di un tampone

Alessio ha scritto:

Buonasera non riesco a risolvere questo problema.

Qual è il pH di una soluzione tampone che contiene CH₃COOH 0,15 M e CH₃COONa 0,25 M, sapendo che K_a =1,8·10^-5?

Qual è la variazione del pH se aggiungiamo:

1) 0,050 mol di HCl a un litro del tampone iniziale?

2) 50 mL di NaOH 0,10 M a 500 mL del tampone iniziale?

La risoluzione è questa:

Caro Alessio, per calcolare il pH del tampone da te proposto, ti consiglio di utilizzare la reazione di Henderson-Hasselbach, dopo aver scritto l’equilibrio tra acido acetico e ione acetato:

CH₃COOH + H₂O = CH₃COO^- + H₃O⁺

pH = pK_a + log ([CH₃COO^-] / [CH₃COOH])= – log (1,8·10^-5) + log (0,25/0,15) = 4,97

A questo punto, valutiamo le variazioni di pH a seguito delle due aggiunte:

1) addizionando 0,050 mol di acido cloridrico al litro di tampone, la concentrazione di HCl sarà pari a 0,050 M (l’aggiunta è minima ed è trascurabile rispetto al volume totale di soluzione). Tale aggiunta comporta la presenza in soluzione di ioni idrogeno pari alla concentrazione dell’acido cloridrico: questi protoni producono uno spostamento dell’equilibrio verso la formazione di acido acetico

CH₃COO^- + H⁺ → CH₃COOH

[H⁺] = 0,050 M

[CH₃COO^-] = (0,25 – 0,050) M = 0,20 M

[CH₃COOH] = (0,15 + 0,050) M = 0,20 M

Dal momento che le concentrazioni di acido acetico e di ione acetato sono diventate esattamente uguali, il pH equivale al valore di pK_a

pH = pK_a = – log (1,8·10^-5) = 4,74

La variazione di pH corrisponde a 0,23.

2) aggiungendo 50 mL di idrossido di sodio 0,10 M a 500 mL di soluzione iniziale, è come se aggiungessimo la seguente concentrazione:

[NaOH] = 0,10 mol/L ∙ 0,050 L / 0,500 L = 0,010 M

L’aggiunta di una concentrazione di ioni ossidrile pari a 0,010 M provoca lo spostamento dell’equilibrio verso la produzione di ione acetato:

CH₃COOH + OH^- → CH₃COO^- + H₂O

[OH^-] = 0,010 M

[CH₃COOH] = (0,15 – 0,010) M = 0,14 M

[CH₃COO^-] = (0,25 + 0,010) M = 0,26 M

Applicando nuovamente l’equazione di Henderson-Hasselbach, calcoliamo il pH del tampone dopo l’aggiunta:

pH = pK_a + log ([CH₃COO^-] / [CH₃COOH]) = – log (1,8·10^-5) + log (0,26/0,14) = 5,01

La variazione di pH rispetto al tampone di partenza vale 0,04… davvero pochissimo! E questo spiega la vera utilità pratica dei tamponi, cioè la loro capacità di opporsi a variazioni di pH in seguito all’aggiunta di volumi modesti di acidi e basi forti.