Diagrammi ladder per equilibri di acidi deboli

I diagrammi ladder costituiscono uno strumento per poter visualizzare in modo semplice le specie prevalenti a un determinato pH in un equilibrio acido-base.

Consideriamo l’acido debole HA che si dissocia in soluzione acquosa secondo l’equilibrio:
HA(aq) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + A(aq)

L’espressione della costante relativa a questo equilibrio è:
Ka = [H3O+][A] / [HA]
Passando ai logaritmi e moltiplicando ambo i membri per -1 si ha:
– Ka = – log [H3O+] – log [A] / [HA]
E per definizione otteniamo:
pKa = pH – log [A]/[HA]

moltiplicando per -1 si ha:

– pKa = –  pH + log [A]/[HA]

Da cui:

pH = pKa + log [A]/[HA]

che rappresenta, peraltro, l’equazione di Henderson-Hasselbalch.

Se le concentrazioni di A e HA sono uguali si ha:
pH = pKa + log 1 = pKa
Se la concentrazione di A è maggiore rispetto alla concentrazione di HA allora [A]/[HA] > 1 e quindi si ha: pH > pKa
Se la concentrazione di A è minore rispetto alla concentrazione di HA allora [A]/[HA] < 1 e quindi si ha: pH< pKa

Esempio

Il valore di pKa di HF è pari a 3.2 e si possono verificare tre casi:

1)      [F] = [HF]

Allora pH = pKa = 3.2

2)      [F] > [HF]

Supponiamo che [F] = 0.10 M e [HF] = 0.080 M

Si ha: pH = pKa + log [F]/[HF] = 3.2 + log 0.10/0.080 = 3.3

e quindi pH > pKa

3)      [F] <  [HF]

Supponiamo che [F] = 0.080 M e [HF] = 0.10 M

Si ha: pH = pKa + log [F]/[HF] = 3.2 + log 0.080/0.10 = 3.1

e quindi pH < pKa

La deduzione che può essere fatta è che il valore del pKa gioca un ruolo fondamentale: se il pH è maggiore del valore di pKa allora la specie prevalente è la base coniugata A mentre se il pH è minore del valore di pKa allora la specie prevalente è l’acido debole HA.

Possiamo costruire allora un diagramma ladder per l’acido in esame. Per prima cosa si traccia una linea verticale con la freccia rivolta verso l’alto ↑ dove viene rappresentato il pH della soluzione: in basso vi sono bassi valori di pH corrispondenti ad una maggiore acidità e in alto alti valori di pH corrispondenti ad una maggiore basicità.

Si traccia poi una linea orizzontale al valore di pH corrispondente al pKa: questa linea divide l’asse del pH in due regioni. Una regione, in alto, corrisponde a valori di pH > pKa  quindi la specie prevalente è la base coniugata Amentre l’altra regione, in basso corrisponde a valori di pH < pKa  in cui la specie prevalente è l’acido. Se si verifica che pH = pKa allora si ha che [A] = [HA].

Nel caso dell’acido acetico il cui pH è pari a 4.76 il diagramma ladder si presenta come in figura:

acido acetico

Nel caso di un acido diprotico come l’acido carbonico si hanno due reazioni di dissociazione:

H2CO3(aq)  + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + HCO3(aq)

HCO3(aq) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + CO32-(aq)

Tali equilibri sono regolati rispettivamente da una Ka1 e da una Ka2 e, con ragionamento analogo al precedente si ha che per valori di pH < Ka1 la specie prevalente è l’acido indissociato; per pH = Ka1 si verifica che [H2CO3]  = [HCO3]

Se i valori di pH sono compresi tra pKa1 e pKa2 la specie prevalente è HCO3.

Per pH = pKa2 si verifica che [HCO3]= [CO32-]

Per valori di pH > pKa2 si ha che la specie predominante è CO32- come si può vedere dalla figura:

acido carbonico

ARGOMENTI

GLI ULTIMI ARGOMENTI

PM 2.5

Complessi degli alcheni

TI POTREBBE INTERESSARE

Resa percentuale in una reazione. Esercizi svolti e commentati

La resa percentuale di una reazione costituisce un modo per valutare l'economicità di una reazione industriale che può essere accantonata se è bassa. Si possono...

Bilanciamento redox in ambiente basico: esercizi svolti

Il bilanciamento di una reazione redox in ambiente basico  può avvenire con  il metodo delle semireazioni. Nel bilanciamento vanno eliminati di eventuali ioni spettatori...

Temperature di ebollizione di composti organici

Le temperature di ebollizione dei composti organici forniscono informazioni relative alle loro proprietà fisiche e alle caratteristiche della loro struttura e costituiscono una delle...