Calculul pH- ului solutiilor de acizi, baze, saruri, sisteme tampon acido- bazice

Calculul pH- ului solutiilor de acizi, baze, saruri, sisteme tampon acido- bazice

a)Acizi

Conform teoriei Brnsted acizii sunt substante care in solutie apoasa genereaza ioni de hidrogen. Cu cat ii cedeaza mai usor, cu atat vor avea "tarie" mai mare.

a.1.)Acizii tari disociaza total in protoni si radicalul acid in solutii diluate astfel ca reactia este total deplasata spre dreapta:

HA→H A

A= F, Cl, Br, I, NO , ClO , sau pentru acizi diprotici SO.

Deci putem spune ca: (concentratia initiala a acidului).

Exemplu:

Solutie 1N acid clorhidric ()

pH= - lg 1= 0

Solutie 0,1 acid clorhidric (=)

pH=

a.2.)Acizii slabi disociaza partial iar echilibrul este dat de constanta de aciditate:

= iar

intr-o prima aproximatie calculul poate fi simplificat si anume: are valori foarte mici deci iar

(unde )

Exemplu:

Solutie 1 N acid acetic,

Solutie 0,1 N acid acetic,      

b) Baze

Conform teoriei Brnsted bazele sunt substante care accepta protoni si, prin intermediul ionilor de hidroxil pe care ii genereaza in solutie apoasa:

BOH

In mod analog se poate calcula pOH solutiilor bazelor iar pH= 14- pOH.

b.1)Bazele tari deci disociaza total in cationi si ioni hidroxil:

B= Li, Na, K, Rb, sau pentru cationi divalenti: Ca, Ba.

Deci, putem spune ca: (concentratia initiala a bazei).

Exemplu:

Solutie 1N hidroxid de sodiu ()

pOH= - lg1= 0 deci pH= 14- pOH= 14- 0= 14

Solutie 0,1 N hidroxid de sodiu (

pOH=-lg10=1 deci pH= 14- 1= 13

b.2)Bazele slabe, disociaza partial, iar echilibrul este dat de constanta de bazicitate:

analog la acizii slabi rezulta: intr-o prima aproximatie calculul poate fi simplificat si anume:

CHO- are valori foarte mici, deci: iar

(unde ) Exemplu:

Solutie 1N hidroxid de amoniu,

Solutie 1N hidroxid de amoniu,

c) Saruri

Sunt substante formate dintr-un cation B si un anion A, corespunzator bazei (BOH) si acidului (HA) care printr-o reactie de neutralizare ( ) o genereaza.

Fiind substante ionice in solutie apoasa pot fi disociate electrolitic in ionii proprii:

BA solid↔ BA solutie →

Ionii B si A aquasolvatati pot interactiona cu moleculele de apa, reactie care poarta numele de hidroliza. Hidrolizeaza cationi corespunzatori bazelor slabe (B=) si anionii corespunzatori acizilor slabi (). Ceilalti "tari" nu dau reactie de hidroliza.

Exemplu:

(Na fiind cation al unei baze tari nu da reactie de hidroliza).

sau

Concentratia apei nu se modifica esential deoarece un numar foarte mic de ioni acetat reactioneaza si deci intra in constanta:

inlocuim si rezulta:

dar intr-o prima aproximatie considerand iar rezulta:

Exemplu:

In mod analog se calculeaza pentru reactia de hidroliza a unui cation B , corespunzator unei baze slabe (NH

Exemplu:

NH Cl

final

Exemplu:

d.)Solutii tampon acido- bazice

Sunt sisteme chimice care preiau un "soc" de pH provocat la introducerea in cantitati mici de acizi sau baze puternice.

In principiu, ionii de H+ sau de HO- la introducerea de acizi respectiv baze tari sunt transformati in acizi slabi sau baze slabe de catre sistemul tampon.

Sistemele tampon acido- bazice sunt formate:

d.1.)Dintr-un acid slab HA si o sare NaA (formata din anionul acidului slab si cationul unei baze tari, ex. NaOH)-tampon acid

d.2)Dintr-o baza slaba BOH si o sare BCl (formata din cationul bazei slabe si anionul unui acid tare, ex. HCl)-tampon bazic

Calculul pH-ului solutiilor tampon

d.1)       sare

acid

, la concentratii egale ()

La introducerea unei mici cantitati de acid tare () sau baza tare () spre exemplu 10% din concentratia solutiei tampon , adica apoximativ 0,01 au loc reactiile:

) H + NaA → Na + HA ( acid slab ),

)HO + HA →A + H O ( anion cu hidroliza slab bazica )

Preluarea acestui soc de pH poate fi exemplificata prin calcule:

a) iar      

In mod analog pentru cazul b):

pH= pKHA+ 0,2. Deci la introducerea unei mici cantitati de acid tare sau baza tare se produc mici variatii ( nesemnificative ) in prezenta unei solutii tampon.

d.2.) sare

baza

, la concentratii egale()

Si in mod analog pentru un adaos de acid tare/ baza tare, spre exemplu 10 % din concentratie , adica aproximativ 0,01 au loc reactiile:

) H + BOH → H O+ B

)HO + BCl → BOH+ Cl

Si in final pH= 14- pOH= 14-pKBOH

Exemple de sisteme tampon:

d.1.) CH COOH/ CH COONa

d.2.) NH OH/ NH Cl