pH e pKa sono parametri di soluzione importanti in molte aree della chimica, compresi i calcoli che coinvolgono gli equilibri acido-base. Il pH è la misura universale dell'acidità, definita come il logaritmo negativo, alla base 10, della "concentrazione di ioni idrogeno" di una soluzione ed è espressa come: pH = -log [H3O +]. Le parentesi indicano la concentrazione e il segno "+" indica la carica dello ione idrogeno. pKa è il logaritmo negativo, alla base 10, della "costante di dissociazione" di un acido debole. Ad esempio, la dissociazione di un acido debole "HA" è scritta: Ka = [H3O +] [A-] /[HA], dove A- è la "base coniugata" dell'acido. Pertanto, pKa = -log Ka. Ogni acido debole ha un valore pKa unico. Utilizzare l'equazione di Henderson-Hasselbalch per calcolare il pH di una soluzione tampone, che è una soluzione di un acido debole e la sua base coniugata, quando è noto il pKa dell'acido. Questa equazione è espressa: pH = pKa + log ([base] /[acido]).

Si supponga di avere una soluzione tampone che è stata preparata aggiungendo 25,0 ml di una soluzione di idrossido di sodio (NaOH) 0,1 M a 75,0 ml di una soluzione 0,1 M di acido acetico (CH3COOH), dove "M" indica la concentrazione molare. Si noti che l'acido acetico reagisce con NaOH per formare la base coniugata, CH3C00H-, come segue: CH3COOH + NaOH = CH3C00- + Na + H20. Per calcolare il pH, è necessario calcolare le quantità di acido e la base di coniugato nella soluzione tampone dopo la reazione.

Calcolare le moli iniziali di base e acido nella soluzione tampone. Ad esempio, moli di NaOH = 25,0 ml x 0,1 moli /litro x 1 litro /1000 ml = 0,0025 moli; moli di CH3COOH = 75,0 ml x 0,10 moli /litro x 1 litro /1000 ml = 0,0075 moli.

Si noti che, miscelando le soluzioni, il CH3COOH consuma gli ioni OH- (idrossile) associati al NaOH, quindi ciò che rimane è 0,0050 moli di CH3COOH (acido), 0,0025 moli di CH3COO- (base) e 0 moli di OH-.

Sostituire il pKa dell'acido (4.74 per l'acido acetico) e l'acido e concentrazioni di base nell'equazione di Henderson-Hasselbalch per calcolare il pH della soluzione tampone. Ad esempio, pH = 4,74 + registro (0,0025 /0,005) = 4,74 + registro 0,5 = 4,44.

Suggerimento

A differenza degli acidi forti, gli acidi deboli non ionizzano completamente in soluzione. Invece, si instaura un equilibrio tra acido sindacato, ione idrogeno e base coniugata. I valori di pKa sono disponibili in libri di testo di chimica, altra letteratura chimica e risorse online. I tamponi sono specificamente formulati per una serie di applicazioni industriali e di altro tipo in cui il pH deve essere mantenuto entro limiti prestabiliti.