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La comprensione e il controllo delle trasformazioni chimiche

Soluzioni acquose di sali

L'equilibrio di dissociazione dell'acqua presente in tutte le soluzioni acquose, gli equilibri di dissociazione di acidi e basi deboli e le proprietà di elettroliti forti dei sali possono determinare l'insaturarsi in una soluzione di più equilibri coesistenti aventi uno a più ioni in comune. Esempi di reazioni che derivano dalla coesistenza di diversi equilibri sono l'idrolisi, i sistemi tampone, e gli equilibri di solubilità di sali poco solubili.

Le reazioni di idrolisi sono interazioni tra un sale di una base debole e di un acido forte o un sale di una base forte e un acido debole con acqua, si ha la formazione di una soluzione che presenta un pH diverso da 7.

1 Sali che provengono da un acido forte e una base debole. Questi sali conferiscono alla loro soluzione un pH acido. Per esempio, il cloruro di ammonio, NH4Cl, proviene da una base debole, l’ammoniaca, NH3, e da un acido forte, l’acido cloridrico, HCl. In soluzione acquosa, NH4Cl si dissocia in ioni ammonio, NH4+, e cloruro, Cl–. In presenza degli ioni H3O+ e OH–, derivanti dalla ionizzazione dell’acqua (), lo ione Cl (base debole di Brønsted-Lowry) non reagisce con gli ioni H3O+ per formare HCl (acido forte totalmente dissociato). Lo ione NH4+ (acido forte di Brønsted-Lowry) la cui base coniugata NH4OH è debole, reagisce con lo ione OH per soddisfare l'equilibrio:

In tal modo vengono sottratti ioni OH alla soluzione e, per ripristinare il valore di Kw = [H3O+] · [OH], altre molecole d'acqua si dissociano. A equilibrio raggiunto risulta [H3O+] > [OH] e quindi la soluzione acquista un pH < 7. Riassumendo, la reazione di idrolisi è la seguente:

e la costante di equilibrio o costante di idrolisi Kidr. della reazione è:

dove [NH3] = [H3O+] e [NH4+] è la concentrazione del sale Cs. Noto il valore della costante Kb, si ricava:

da cui si ottiene il pH.

2 Sali che provengono da un acido debole e una base forte.

Questi sali rendono basica la soluzione. Per esempio, l'acetato di sodio, CH3COONa proviene da un acido debole, l'acido acetico, CH3COOH, e da una base forte, l'idrossido di sodio, NaOH. In una soluzione acquosa di CH3COONa sono presenti i seguenti ioni:

Analogamente a quanto si è visto nel caso precedente lo ione Na+ (acido debole di Brønsted-Lowry) non reagisce con lo ione OH, perché NaOH è una base forte, mentre lo ione CH3COO (base forte di Brønsted-Lowry) reagisce con lo ione H3O+ per dare l'acido coniugato debole CH3COOH. L'equilibrio: sottrae ioni H3O+ all'acqua per cui, per ripristinare il valore del Kw, si dissociano altre molecole d'acqua. All'equilibrio risulta [OH] > [H3O+] e, quindi, pH > 7.

La reazione di idrolisi è la seguente:

e la sua costante di idrolisi è:

dove [CH3COOH] = [OH] e [CH3COO] è la concentrazione del sale, Cs.

Noto il valore di Ka si ricava:

Si definisce grado d'idrolisi il valore della frazione di mole del sale idrolizzata all'equilibrio.

Una soluzione tampone è un sistema chimico capace di neutralizzare l'aggiunta di moderate quantità di acidi o basi forti, e quindi di mantenere costante il grado di acidità o pH di una soluzione. Una soluzione tampone contiene una coppia coniugata acido-base, che può essere costituita da un acido debole in presenza di un suo sale con una base forte, come, per esempio, il sistema acido acetico-acetato sodico, la cui coppia acido-base è CH3COOH/CH3COO, oppure da una base debole in presenza di un suo sale con un acido forte, come, per esempio, il sistema idrossido d'ammonio-cloruro d'ammonio formato dalla coppia acido-base NH4+/NH3.

In ogni caso l'azione tampone del sistema è determinata dalla duplice presenza di una forma acida capace di neutralizzare le piccole aggiunte di una base, e di una forma basica capace di neutralizzare le piccole aggiunte di acidi.

L'importanza delle soluzioni tampone è fondamentale in tutte quelle reazioni chimiche che richiedono un pH costante e nella maggior parte dei processi biochimici.

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