Previsione della posizione di un equilibrio: specie predominanti
Un problema dinanzi al quale ci si può trovare è la previsione della posizione di un equilibrio.
Si consideri l’equilibrio:
HSO4–(aq) + CO32-(aq) ⇌ SO42-(aq) + HCO3–(aq)
Si deve prevedere se all’equilibrio sono predominanti le specie che si trovano a sinistra o quelle che si trovano a destra. Nel primo caso si deve verificare che la costante di equilibrio è minore di 1 mentre nel secondo caso si deve verificare che la costante di equilibrio è maggiore di 1.
Le due basi presenti nell’equilibrio sono CO32- e SO42-. Valutiamo le costanti relative agli equilibri:
Per H2SO4 , acido forte nella prima dissociazione, Ka2 è pari a 1.02 ∙ 10-2
Per H2CO3 si ha che Ka1 = 1.50 ∙ 10-4 e Ka2 = 4.69 ∙ 10-11
Dobbiamo valutare tra CO32- e SO42- quale delle due è la base più forte. La base più forte tra le due è quella che si troverà protonata.
Per l’equilibrio
SO42- + H2O ⇌ HSO42- + OH–
la costante Kb detta anche costante di idrolisi assume valore pari a:
Kb = Kw/Ka2 = 1.00 ∙ 10-14/ 1.02 ∙ 10-2 = 9.80 ∙10-13
Il basso valore di tale costante ci fa ritenere che lo ione SO42- è una base molto debole. Essa quindi ha scarsa tendenza a protonarsi.
Consideriamo ora l’equilibrio:
CO32-+ H2O ⇌ HCO3–+ OH–
La costante relativa al questo equilibrio Kb2 è data da:
Kb2 = Kw/Ka2 = 1.00 ∙ 10-14/ 4.69 ∙ 10-11 = 2.13 ∙ 10-4
Tale valore è molto maggiore rispetto a quello calcolato in precedenza. Quindi si può asserire che lo ione carbonato tende a protonarsi molto più dello ione solfato mostrandosi quindi una base più forte.
In definitiva lo ione solfato tenderà a rimanere deprotonato mentre lo ione carbonato tenderà a protonarsi quindi la costante dell’equilibrio
HSO4–(aq) + CO32-(aq) ⇌ SO42-(aq) + HCO3–(aq)
è maggiore di 1.
A tale risultato si poteva pervenire anche considerando che tra i due acidi presenti nell’equilibrio ovvero HSO4– e HCO3– il più forte tra i due ovvero lo ione idrogeno solfato tende a perdere un protone molto più facilmente rispetto all’idrogeno carbonato. La direzione dell’equilibrio è quella che favorisce il passaggio del protone dall’acido più forte alla base più forte.
Per completezza si deve dire che si può calcolare numericamente il valore della costante dell’equilibrio considerato; infatti
Kc = [SO42- ][HCO3–]/ [HSO4–] [CO32] = Ka2Kb2/Kw =1.02 ∙ 10-2 ∙2.13 ∙ 10-4/1.00 ∙ 10-14 = 2.17 ∙ 108 >>> 1
