16.4 : Calcolo delle variazioni di pH in una soluzione tampone

Una leggera variazione di pH si verifica in una soluzione tampone dopo l'aggiunta di una piccola quantità di acido forte o dopo l'aggiunta di una piccola quantità di base forte. Questa variazione di pH viene calcolata in due fasi distinte. Innanzitutto, un calcolo stechiometrico viene usato per determinare la variazione delle concentrazioni.

Quindi, viene utilizzato un calcolo di equilibrio per determinare il nuovo pH della soluzione, utilizzando una tabella ICE o l'equazione di Henderson-Hasselbalch. Il pH di un tampone contenente acido fluoridrico e fluoruro di sodio entrambi con concentrazione due molare può essere calcolato prima e dopo l'aggiunta di un acido o di una base forte. L'equazione di Henderson-Hasselbalch può essere utilizzata per determinare il pH iniziale di questo tampone poiché le concentrazioni sono elevate rispetto alla Ka dell'acido debole, e la variazione delle concentrazioni è inferiore al 5 percento.

Il pKa per l'acido fluoridrico può essere calcolato pari a 3, 46. Quando la concentrazione di acido debole e di base coniugata in una soluzione sono uguali, il pH è uguale al pKa. Pertanto, il pH iniziale è 3, 46.

Se si aggiungono 0, 2 moli di acido cloridrico ad un litro di questo tampone, supponendo che provochi una variazione di volume trascurabile, l'acido aggiunto viene neutralizzato dagli ioni fluoruro, producendo acido fluoridrico. Ciò porta a una diminuzione stechiometrica della concentrazione di ioni fluoruro di 0, 2 moli e ad un uguale aumento della concentrazione di acido fluoridrico. Le nuove concentrazioni possono essere inserite nell'equazione di Henderson-Hasselbalch.

Una volta risolto, il nuovo pH è 3, 37, inferiore al valore di pH iniziale di 3, 46. Una volta aggiunto un acido forte, si verifica una diminuzione del pH, ma la riduzione è piccola perché la soluzione è tamponata. Al contrario, se si aggiungono 0, 1 moli di idrossido di sodio a un litro di tampone, supponendo che provochi una variazione di volume trascurabile, la base aggiunta viene neutralizzata dalla reazione con l'acido fluoridrico.

Ciò provoca una diminuzione stechiometrica della concentrazione di acido fluoridrico di 0, 1 moli e un uguale aumento dello ione fluoruro. Utilizzando l'equazione di Henderson-Hasselbalch, il pH della soluzione è 3, 50, che è leggermente superiore al valore di pH iniziale di 3, 46 per via dell'aggiunta di idrossido di sodio.