Acidità di ioni metallici idrati

Gli ioni metallici idrati conferiscono in molti casi un valore di pH minore di 7 alla soluzione in quanto agiscono da acidi deboli.

Si consideri, ad esempio, di solubilizzare il nitrato di alluminio che, come tutti i nitrati ha elevata solubilità:

Al(NO3)3 → Al3+ + 3 NO3

Ioni solvatati

 

Lo ione alluminio reagisce con l’acqua per dare l’esaacquoalluminio (III) secondo la reazione:

Al(NO3)3(s)  + 6 H2O(l) → [Al(H2O)6]3+(aq) + 3 NO3(aq)

Pertanto lo ione alluminio che è indicato come Al3+ in soluzione si trova solvatato. Se ciò può apparire una precisazione eccessiva, la presenza dell’esaaquoione risulta importante se si vanno a valutare le sue caratteristiche acido-base.

In presenza di acqua infatti l’esaacquoalluminio (III) agisce da acido secondo Brønsted-Lowry cedendo un protone all’acqua che agisce da base secondo l’equilibrio:

[Al(H2O)6]3+(aq) + H2O(l) → [Al(H2O)5OH]2+(aq) + H3O+(aq)

Per questo equilibrio la costante Ka vale 1.4 · 10-5.

Come per gli acidi poliprotici si possono scrivere altri due equilibri di dissociazione:

[Al(H2O)5OH]2+(aq)  + H2O(l) → [Al(H2O)4 (OH)2 ]+(aq) + H3O+(aq)

[Al(H2O)4 (OH)2 ]+(aq) + H2O(l) → [Al(H2O)4 (OH) ](aq) + H3O+(aq)

Una soluzione di nitrato si alluminio 0.10 M ha quindi un pH di 2.9 circa uguale a quello di una soluzione di acido acetico avente la stessa concentrazione.

Acidità di una soluzione

 

L’effetto di uno ione metallico sull’acidità di una soluzione dipende da due fattori:

  • Carica dello ione metallico. Uno ione bivalente ha un effetto di circa due volte maggiore sulla densità di carica elettrica su una molecola di acqua rispetto a uno ione monovalente avente raggio ionico simile
  • Raggio ionico. A parità di carica quanto più piccolo è lo ione tanto minore è la distanza internucleare con l’ossigeno dell’acqua e maggiore è l’effetto dello ione metallico sulla distribuzione della densità elettronica nella molecola di acqua.

Pertanto le soluzioni contenenti ioni di raggio ionico non elevato e con carica elevata come Al3+ e Fe3+ conferiscono acidità ad una soluzione.

A causa dei due fattori indicati il parametro più importante per prevedere l’effetto di uno ione metallico sull’acidità di una soluzione è il rapporto carica-raggio dello ione. Si può quindi prevedere che ioni metallici che si trovano lungo la stessa diagonale nella tavola periodica come, ad esempio, Li+ e Mg2+ o Ca2+ e Y3+ Questi ioni, pur avendo sia diversa carica che raggio ionico hanno un rapporto carica-raggio simile e pertanto hanno simile influenza sull’acidità di una soluzione.

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