Curva di distribuzione delle specie

_

La zona di colore giallo rappresenta l’intervallo di pH intorno al valore della pKa in cui il sistema funziona da tampone ovvero l’intervallo 1 nel quale il rapporto tra le concentrazioni di acido e base coniugata è compreso fra 0.1 e 10

Curva di distribuzione delle specie

pH = (pKa1+pKa2)/2 pH = (pKa2+pKa3)/2

Acidi e basipH di acidi fortipH di acidi deboliGrado di dissociazionepH di soluzioni salineAcidi e basi poliproticiEquilibri simultaneiSoluzioni tampone

Titolazione acido-base

Titolazione

Titolare significa determinare l’esatta concentrazione di una

sostanza a concentrazione (titolo) ignoto

Per titolare una sostanza occorre fare una reazione QUANTITATIVA con un’altra sostanza a concentrazione (titolo) noto

Titolazioni acido-base

1. Titolazione di una acido forte con un base forte

3. Titolazione di acido debole con una base forte

4. Titolazione di una base debole con un acido forte

2. Titolazione di una base forte con un acido forte

Titolazione acido forte – base forte

In una titolazione acido forte-base forte la reazione stechiometrica che si sfrutta è:

H2O H+ + OH-

H+ + OH- H2O Keq=1014

Kw=10-14

HA H+ + A-

BOH B+ + OH-

Titolazione acido-baseTitolare significa determinare la esatta concentrazione di una sostanza a concentrazione (titolo) ignoto

HA H+ + A-

BOH B+ + OH-

H+ + OH- H2O

Moli H+ = Ca x Va

Moli OH- = Cb x Vb

Si ha il PUNTO EQUIVALENTE quando le moli di H+ provenienti dall’acido forte sono uguali alle moli di OH- provenienti dalla base forte

H+ + OH- H2O

Ca x Va = Cb x Vb

Punto equivalente in una titolazione acido forte-base

forte

Esempio25 mi di una soluzione di HCl a concentrazione ignota, vengono titolati (reagiscono completamente) con 40 ml di una soluzione di NaOH 0.01 M.

Calcolare la concentrazione di HCl

H+ + OH- H2O

Ca x Va = Cb x Vb

Acido Forte HCl + Base forte NaOH

Sale in soluzione: NaCl

Né lo ione Na+ ne lo ione Cl- hanno proprietà acido-base significative, pertanto il pH del punto equivalente è 7.

pH del punto equivalente acido forte-base forte

Al punto equivalente, tutti gli H+ e gli OH- provenienti da acido e base hanno formato H2O. Rimangono in soluzione gli altri ioni i quali, di fatto, formano un sale disciolto in acqua.

pH del punto equivalente acido forte-base debole

Ca x Va = Cb x Vb

Reazione stechiometrica ch si sfrutta è:

Acido Forte HCl + Base debole NH3

Sale in soluzione: NH4Cl

Lo ione Cl- non ha proprietà acido-base significative

Lo ione NH4+ è un acido debole (acido coniugato di base debole

NH3) , pertanto il pH del punto equivalente è < 7.

NH3 + H3O+ NH4+ + H2O

Calcolo pH al punto equivalente

NH4+ + H2O H3O+ + NH3

Ka=5.5x10-10

Ka =

[ H3O+ ] [NH3 ]

[NH4+ ]

x x

(CS -x)

[ H3O+ ]=x

x2

CS

= Ka = [ H3O+ ]=(KaCs)1/2

pH del punto equivalente acido debole-base forte

Ca x Va = Cb x Vb

Reazione stechiometrica ch si sfrutta è:

Acido Debole HCN + Base forte NaOH

Sale in soluzione: NaCN

Lo ione Na+ non ha proprietà acido-base significative

Lo ione CN- è una base debole (base coniugata di acido debole HCN) , pertanto il pH del punto equivalente è > 7.

HCN + OH- CN- + H2O

Calcolo pH al punto equivalente

CN- + H2O OH- + HCN

Kb =

[ OH- ] [HCN ]

[CN- ]

x x

(CS -x)

[ OH- ]=x

x2

CS

= Ka = [ OH- ]=(KaCs)1/2

pH=14-pOH

Abbiamo analizzato la situazione al punto equivalente

Cosa succede durante la titolazione? Ovvero come si determina il pH quando si considerano quantità NON EQUIVALENTI di H+ e di OH- ?

Calcolo del pH fuori dal punto equivalente

Titolazioni acido-base

A 5.0 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M si aggiungono 10 ml di una soluzione 1x10-2 M di NaOH. Le aggiunte sono fatte 1.0 ml alla volta. Calcolare per ogni aggiunta il valore del pH

Acido forte-Base Forte

Titolazioni acido-base5.0 ml di una Soluzione di HCl 1.0x10-2 M

HCl é acido forte, la reazione di dissociazione acida é completamente spostata a destra

HCl H+ + Cl-

[H+ ] = 1.0x 10 -2 M

pH =-log ( 1x 10 -2 ) =2

Moli H+=Ca x Va

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 1ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

Gli OH- che si formano dalla dissociazione basica reagiscono COMPLETAMENTE con l’ ECCESSO di acido forte per andare a formare H2O secondo la reazione

H+ + OH- H2O

Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 1.0x10-5

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 1ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

Gli OH- che si formano dalla dissociazione basica reagiscono COMPLETAMENTE con l’ ECCESSO di acido forte per andare a formare H2O secondo la reazione

H+ + OH- H2O

La concentrazione in soluzione degl ioni H+ é quella iniziale meno quelli che hanno reagito con OH- per formare acqua

Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 1.0x10-5

Calcolo del pH5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 1ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

Gli OH- che si formano dalla dissociazione basica reagiscono COMPLETAMENTE con l’ ECCESSO di acido forte per andare a formare H2O secondo la reazione

H+ + OH- H2O

La concentrazione in soluzione degl ioni H+ é quella iniziale meno quelli che hanno reagito con OH- per formare acqua

[H+ ] = (5,00x10-3 ) 1x 10 -2 - (1,00x10-3 ) 1x 10 -2 = 6,67x10-3

pH =-log ( 6,67x 10 -3 ) =2,2

(5,00x10-3 ) + (1,00x10-3 )

Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 1.0x10-5

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 2ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 2.0x10-5

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 2ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 2.0x10-5

H+ + OH- H2O

5.0x10-5 2.0x10-5

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 2ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 2.0x10-5

H+ + OH- H2O

5.0x10-5 2.0x10-5

3.0x10-5 0 2.0x10-5

Calcolo del pH5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 2ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

La concentrazione in soluzione degl ioni H+ é quella iniziale meno quelli che hanno reagito con OH- per formare acqua

[H+ ] = (5,00x10-3 ) 1x 10 -2 - (2,00x10-3 ) 1x 10 -2 = 4,28x10-3

pH =-log ( 4,28x 10 -3 ) =2,4

(5,00x10-3 ) + (2,00x10-3 )

Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 2.0x10-5

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 3ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 3.0x10-5

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 3ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 3.0x10-5

H+ + OH- H2O

5.0x10-5 3.0x10-5

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 3ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 3.0x10-5

H+ + OH- H2O

5.0x10-5 3.0x10-5

2.0x10-5 0 3.0x10-5

Calcolo del pH5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 3ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

La concentrazione in soluzione degl ioni H+ é quella iniziale meno quelli che hanno reagito con OH- per formare acqua

[H+ ] = (5,00x10-3 ) 1x 10 -2 - (3,00x10-3 ) 1x 10 -2 = 2,50x10-3

pH =-log ( 2,50x 10 -3 ) =2,6

(5,00x10-3 ) + (3,00x10-3 )

Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 3.0x10-5

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 4ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 4.0x10-5

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 4ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 4.0x10-5

H+ + OH- H2O

5.0x10-5 4.0x10-5

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 4ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 4.0x10-5

H+ + OH- H2O

5.0x10-5 4.0x10-5

1.0x10-5 4.0x10-50

Calcolo del pH5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 4ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

La concentrazione in soluzione degl ioni H+ é quella iniziale meno quelli che hanno reagito con OH- per formare acqua

[H+ ] = (5,00x10-3 ) 1x 10 -2 - (4,00x10-3 ) 1x 10 -2 = 1,10x10-3

pH =-log ( 2,50x 10 -3 ) =3,0

(5,00x10-3 ) + (4,00x10-3 )

Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 4.0x10-5

Titolazioni acido-baseacido forte-base forte

0

2

4

6

8

10

12

14

0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012

aggiunta ml OH-

pH

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 5ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

H+ + OH- H2O

!Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 5.0x10-5

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 5ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

H+ + OH- H2O

Quando l’aggiunta di base é pari alla concentrazione in soluzione degl ioni H+ TUTTI gli ioni H+ in soluzione reagiscono con gli OH- provenienti dalla base e la TITOLAZIONE GIUNGE AL PUNTO EQUIVALENTE

!

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 5ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

H+ + OH-

!Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 5.0x10-5

5.0x10-5 5.0x10-5

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 5ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

H+ + OH-

!Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 5.0x10-5

0 0

H2O

5.0x10-5

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 5ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

H+ + OH- H2O

Quando l’aggiunta di base é pari alla concentrazione in soluzione degl ioni H+ TUTTI gli ioni H+ in soluzione reagiscono con gli OH- provenienti dalla base e la TITOLAZIONE GIUNGE AL PUNTO EQUIVALENTE

!

Il pH? Cosa c’é in soluzione ?

Titolazioni acido-base

Al punto EQUIVALENTE, tutto l’acido é stato neutralizzato dalla base in soluzione rimangono solamente i controioni di acido e base, ovvero Na+ e Cl- dal momento che tutti gli H+ e tutti gli OH- hanno reagito in modo quantitativo per formare H2O

H+ + OH- H2O

La concentrazione degli ioni H+ dipende solo dall’equilibrio di autoprotolisi dell’acqua, pertanto

[H+ ] = [OH- ] =10 -7

pH = pOH =7

Titolazioni acido-base

Al punto EQUIVALENTE, tutto l’acido é stato neutralizzato dalla base in soluzione rimangono solamente I controioni di acido e base, ovvero Na+ e Cl- dal momento che tutti gli H+ e tutti gli OH- hanno reagito in modo quantitativo per formare H2O

H+ + OH- H2O

Titolazioni acido-base

Al punto EQUIVALENTE, tutto l’acido é stato neutralizzato dalla base in soluzione rimangono solamente I controioni di acido e base, ovvero Na+ e Cl- dal momento che tutti gli H+ e tutti gli OH- hanno reagito in modo quantitativo per formare H2O

H+ + OH- H2O

Na+ sarebbe l’acido coniugato di una base forte, e Cl- la base coniugata di un acido forte. Pertanto entrambe le reazioni qui sotto indicate

Cl- + H2O HCl + OH-

Na+ + H2O NaOH + H+

Sono COMPLETAMENTE spostate a sinistra e non contribuiscono a fornire nè ioni H+ ne ioni OH- alla soluzione

Titolazioni acido-baseacido forte-base forte

0

2

4

6

8

10

12

14

0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012

aggiunta ml OH-

pH

Titolazioni acido-base

Cosa accade se continuo ad aggiungere NaOH 1x 10 -2 M, facendo aggiunte di 1ml alla volta?

H+ + OH- H2O

HCl H+ + Cl-

5 ml HCl 1x 10-2 MIoni H+ provenienti da acido = 5,00x 10-3 x

1x10-2

NaOH Na+ + OH-

6 ml NaOH 1x 10-2 MIoni OH- provenienti da base = 6,00x 10-3 x 1x10-2

Titolazioni acido-base

Cosa accade se continuo ad aggiungere NaOH 1x 10 -2 M, facendo aggiunte di 1ml alla volta?

H+ + OH- H2O

Rimane in soluzione un eccesso di ioni OH- .

Gli ioni OH- che rimangono in soluzione sono dati da tutti gli ioni OH- che ho aggiunto MENO quelli di acido forte, che adesso sono in difetto. DEVO CALCOLARE IL pOH

HCl H+ + Cl-

5 ml HCl 1x 10-2 MIoni H+ provenienti da acido = 5,00x 10-3 x

1x10-2

NaOH Na+ + OH-

6 ml NaOH 1x 10-2 MIoni OH- provenienti da base = 6,00x 10-3 x 1x10-2

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 6ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 6.0x10-5

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 6ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 6.0x10-5

H+ + OH- H2O

5.0x10-5 6.0x10-5

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 2ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 2.0x10-5

H+ + OH- H2O

5.0x10-5 6.0x10-5

0 5.0x10-51.0x10-5

Calcolo del pH

Cosa accade se continuo ad aggiungere NaOH 1x 10 -2 M, facendo aggiunte di 1ml alla volta?

H+ + OH- H2O

HCl H+ + Cl-

5 ml HCl 1x 10-2 MIoni H+ provenienti da acido = 5,00x 10-3 x

1x10-2

NaoH Na+ + OH-

6 ml NaOH 1x 10-2 MIoni OH- provenienti da base = 6,00x 10-3 x 1x10-2

[OH- ] = (6,00x10-3 ) 1x 10 -2 - (5,00x10-3 ) 1x 10 -2

(6,00x10-3 ) + (5,00x10-3 ) = 9,1x10-4

pOH =-log ( 9,1x 10 -4 ) =3,0

pH =11,0

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 8ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 8.0x10-5

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 8ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 8.0x10-5

H+ + OH- H2O

5.0x10-5 8.0x10-5

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 8ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 8.0x10-5

H+ + OH- H2O

5.0x10-5 8.0x10-5

0 5.0x10-53.0x10-5

Calcolo del pH

H+ + OH- H2O

HCl H+ + Cl-

5 ml HCl 1x 10-2 MIoni H+ provenienti da acido = 5,00x 10-3 x

1x10-2

NaoH Na+ + OH-

8 ml NaOH 1x 10-2 MIoni OH- provenienti da base = 8,00x 10-3 x 1x10-2

[OH- ] = (8,00x10-3 ) 1x 10 -2 - (5,00x10-3 ) 1x 10 -2

(8,00x10-3 ) + (5,00x10-3 ) = 2,3x10-3

pOH =-log ( 2,3x 10 -3 ) =2,6

pH =11,4

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 10ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 10.0x10-5

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 10ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 10.0x10-5

H+ + OH- H2O

5.0x10-5 10.0x10-5

Titolazioni acido-base5 ml di una Soluzione di HCl 1x10-2 M

Aggiungo 6ml di NaOH 1x 10-2 M

HCl H+ + Cl-

NaOH Na+ + OH-

Moli H+=Ca x Va = 5.0x10-5

Moli OH-=Cb x Vb = 6.0x10-5

H+ + OH- H2O

5.0x10-5 10.0x10-5

0 5.0x10-55.0x10-5

Calcolo del pH

H+ + OH- H2O

HCl H+ + Cl-

5 ml HCl 1x 10-2 MIoni H+ provenienti da acido = 5,00x 10-3 x

1x10-2

NaoH Na+ + OH-

10 ml NaOH 1x 10-2 MIoni OH- provenienti da base = 10,00x 10-3 x

1x10-2 [OH- ] = (10,00x10-3 ) 1x 10 -2 - (5,00x10-3 ) 1x 10 -2

(10,00x10-3 ) + (5,00x10-3 ) = 3,3x10-3

pOH =-log ( 3,3x 10 -3 ) =2,5

pH =11,5

Titolazioni acido-baseacido forte-base forte

0

2

4

6

8

10

12

14

0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012

aggiunta ml OH-

pH

Titolazioni acido-baseacido forte-base forte

0

2

4

6

8

10

12

14

0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012

aggiunta ml OH-

pH

L’effetto sul pH della aggiunta di una base ad una souzione acida NON é lineare!

Fintanto che c’é un eccesso di ioni H+, LA SOLUZIONE E’ ACIDA ed il pH si calcola considerando la presenza di un ACIDO FORTE in soluzione

Nel momento in cui tutto l’eccesso di H+ é neutralizzato, il pH diventa subito neutro (pH=7)

La prima aggiunta successiva, anche molto piccola di base, fa diventare la soluzione BASICA ed il pH deve essere calcolato considerando la presenza in soluzione di una BASE FORTE

Titolazione base forte-acido forteHo la stessa curva solo rigirata con punto

equivalente sempre a pH = 7

Gli indicatori acido-base

HIn + H2O H3O+ + In-

Colore dell’acido Colore della base

Il colore della soluzione dipende dalle proporzioni relative di base e di acido

pKHIn

[In-]pH = + log

[HIn]

In genere se il 90% o piu’ dell’indicatore è nella forma HIn la soluzione avrà il colore della forma acida, se nella forma In- quello della forma basica. Se la concentrazione di HIn e In- sono circa uguali il colore sarà intermedio.

La variazione completa di colore si ha in un intervallo di 2 unità pH

con pH =pKHIn

Titolazione acido debole-base forte

Titolazione acido debole-base forte

Titolazione base debole-acido forte

Titolazione acido debole poliprotico-base forte

Titolazione acido debole poliprotico-base forte