Acidi e Basi deboli: quali sono e come calcolare il pH
Gli acidi e le basi deboli in chimica sono determinati in rapporto al loro valore sulla scala del pH. Esso è dovuto a dei valori detti costanti (acide/basiche) che determinano il loro effetto sulla concentrazione di ioni H+ in una soluzione. Molti sono sostanze che maneggiamo abitualmente e pertanto non consideriamo come “pericolose” come per gli acidi e le basi forti.
Comprendere il loro concetto è fondamentale in Chimica per studiare le soluzioni tampone e non solo.
Acidi e basi deboli, definizione
Gli acidi e le basi forti in acqua si dissociano completamente, ossia sono del tutto ionizzati. Nel caso delle loro controparti deboli invece queste sostanze si dissociano/ionizzano solo in parte tendendo a conservare la forma indissociata.
Per dissociazione si intende la scissione dell’acido o della base simile all’idrolisi in seguito a cui risultano degli ioni disciolti nella soluzione acquosa. Gli ioni positivi sono gli idrogeni, o H+, che determinano il pH della soluzione. Gli ioni negativi rilasciati dalle basi sono gli OH-, che legando gli H+ abbassano la loro concentrazione.
Le formule base delle dissociazioni sono le seguenti:
- per gli acidi definendone uno generico HA, allora HA + H2O → A– + H3O+
- per le basi considerandone una generica B, allora B + H2O = HB+ + OH–.
Un esempio di acido debole è CH3COOH, che si dissocia secono l’equazione CH3COOH + H2O = CH3COO- + H+. Tra le basi deboli un esempio è NH3 che si dissocia secondo l’equazione NH3 + H2O = NH4+ + OH– .
Il pH delle basi deboli di norma è sempre superiore a 7,3. Gli acidi deboli hanno un range che non è superiore a 6,5 circa.
Forza di acidi e basi
La forza di acidi e basi si determina grazie alle costanti Ka e Kb che esprimono l’equilibrio delle concentrazioni al momento della dissociazione fra reagenti e prodotti.
Ka per gli acidi è uguale a Ka = [A–]∙[H3O+]/[HA–]∙[H2O]. Al numeratore ci sono le concentrazioni degli ioni (prodotti) e al denominatore le concentrazioni dei reagenti. Il denominatore rappresenta la parte che rimane indissociata.
Analogamente la costante Kb per le basi deboli è uguale a Kb = [BH+]∙[OH–]/[B]∙[H2O]. Anche qui al numeratore ci sono le concentrazioni degli ioni generati dalla dissociazione e al denominatore la quantità che non va incontro a ionizzazione.
Ka e Kb vengono usati per calcolare rispettivamente pKa e pKb con la formula pK = -logK. Un acido forte ha la costante acida (Ka) alta e il pKa corrispondete basso. All’inverso un acido debole avrà Ka bassa ma il corrispondente pKa alto. Per le basi funziona allo stesso modo. Quelle forti hanno costanti alte e quelle deboli costanti più basse.
Calcolo del pH
Abbiamo parlato di pKa e pKb ma come si fa a calcolare il corrispondente valore di pH di acidi e basi deboli? Si tratta di un passaggio semplice.
Per gli acidi considero la formula Ka = [H3O+ ]^2/Ca dove Ca corrisponde alla quantità di acido rimasta indissociata. Con la formula inversa risulta dunque che[H3O+ ] = √KaCa. Una volta ottenuta la concentrazione degli ioni positivi basta farne il logaritmo negativo in base 10 per trovare il corrispettivo pH.
Per le basi invece occorre un passaggio ulteriore perché da esse si può ricavare invece il pOH. Ovverossia il logaritmo negativo in base 10 della conccentrazione degli ioni OH-. Da Kb ottengo facilmente [OH-] = √KbCb ed ottengo il necessario per estrapolare il pOH. Sapendo che pH + pOH dà sempre come risultato 14 basterà fare 14-pOH per ottenere il pH della soluzione.
Catalogo delle sostanze acide deboli
Fra i cosiddetti acidi deboli più conosciuti possiamo nominare i composti seguenti.
- HF, ossia acido fluoridrico. Si tratta di un composto binario che a temperatura ambiente si presenta in forma gassosa ed è altamente velenoso. Allo stato liquido assume le caratteristiche di un acido debole e la sua costante di dissociazione Ka è pari a 3,5 x 10−4. La sua forza è simile a quella dell’acido acetico e agisce da agente disidratante.
- Acido acetico, CH3COOH. Sostanza liquida incolore dal forte odore acre e dal sapore acido. In acqua mostra deboli qualità acide, il suo punto di ebollizzione è 118°c e quello di fusione 16,7°C. Anticamente l’acido acetico veniva prodotto dalla distillazione secca del legno. Il metodo sintetico si è sviluppato dopo il 1920 per produrre acetilene.
- HCN, anche noto come acido cianidrico. Lo sintetizzano alcune piante in forma combinata con glucidi, composti aldeidici e chetonici. Può essere ottenuto dalle mandorle amare e dal nocciolo delle albicocche. Come ormai sarà chiaro è il noto cianuro, il veleno prediletto dagli scrittori di gialli. La sua ingestione porta ad un arresto respiratorio poiché le cellule risultano incapaci di utilizzare l’ossigeno.
Elenco di sostanze basiche deboli
- NH3, ammoniaca. Si tratta di una molecola diffusa nell’utilizzo domestico. A temperatura ambiente è un gas fortemente irritante e tossico per la salute umana. Non solo, può anche corrodere le leghe di alluminio, rame e nichel. A livello industriale è sfruttata per produrre fertilizzanti azotati e per fibre sintetiche come il nylon. In casa serve come detergente e in cosmesi per i coloranti per capelli.
- Ammine, con formula generale RNH2. Sono derivati organici dell’ammoniaca e si classificano in tre categorie: ammine alifatiche, aromatiche ed eterocicliche. La classificazione avviene in base al tipo di residui presenti nella catena dell’ammina considerata. La basicità delle ammine è legato al fatto che tendono a convertirsi negli acidi coniugati strappando idrogeni all’acqua quando vengono messe in soluzione.
