Soluzioni acquose di sali in argomenti CHIMICA

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 K_w = [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 K_idr. della reazione è:

dove [NH₃] = [H₃O⁺] e [NH₄⁺] è la concentrazione del sale C_s. Noto il valore della costante K_b, 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 K_w, 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, C_s.
Noto il valore di K_a 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.