Informazioni su questo esperimento
Il sangue, l’acqua di mare e molti farmaci devono mantenere il pH quasi costante, anche quando si aggiungono acidi o basi. Ci riescono grazie ai tamponi: miscele di un acido debole e della sua base coniugata. Aggiungi un po’ di acido forte e la base lo neutralizza; aggiungi un po’ di base forte e l’acido debole la neutralizza. Aggiungi goccia a goccia acido e base a un tampone e all’acqua pura, affiancati, osserva i colori degli indicatori e scopri quando un tampone funziona bene e quando si esaurisce.
Obiettivi di apprendimento
- Definisci un tampone come una soluzione che resiste alle variazioni di pH quando si aggiungono piccole quantità di acido o base.
- Spiega come un acido debole e la sua base coniugata rimuovono gli ioni H⁺ e OH⁻ aggiunti.
- Calcola il pH di un tampone con l’equazione di Henderson-Hasselbalch.
- Spiega come la concentrazione e il rapporto tra base e acido influenzano la capacità tampone.
- Scegli una coppia tampone per il pH desiderato usando il suo pKa.
Come si usa
- 1Aggiungi 1 mL di acido per cinque volte. Confronta le variazioni di pH nel tampone e nell’acqua.
- 2Premi di nuovo «Start» e aggiungi 10 mL di base. Di quanto varia il pH in ciascun caso?
- 3Continua ad aggiungere acido finché il pH del tampone non diminuisce rapidamente. Quanto acido era stato aggiunto? Confrontalo con le moli di base presenti nel tampone.
- 4Ricomincia con una concentrazione del tampone di 0,02 mol/L e poi di 0,4 mol/L. Quale resiste meglio alle variazioni?
- 5Modifica il rapporto tra base e acido a 1 : 4 e 4 : 1. Verifica il pH iniziale con pH = pKa + log([base]/[acido]).
- 6Quale coppia tampone useresti per mantenere una soluzione vicina a pH 7,4, come il sangue?
Il modello
Ipotesi
- Ogni becher contiene inizialmente 100 mL a 25 °C. Si aggiungono HCl 0,1 mol/L come acido e NaOH 0,1 mol/L come base, e il volume aumenta man mano che vengono aggiunti.
- Si usano le concentrazioni anziché le attività e si considera una sola fase di dissociazione dell’acido per ciascuna coppia tampone (pKa 4,76, 7,21 e 9,25).
- Il pH si determina risolvendo esattamente il bilancio delle cariche, quindi rimane corretto anche quando il tampone si esaurisce. Per confronto viene mostrato il valore secondo Henderson-Hasselbalch.
- L’acqua parte da un pH di 7,00: si ignora l’anidride carbonica disciolta proveniente dall’aria.
Provalo in classe
- Q1Perché l’aggiunta di 1 mL di HCl 0,1 M modifica il pH dell’acqua di circa 4 unità, ma quello di un tampone di appena 0,01 circa?
- Q2Un tampone contiene acido etanoico 0,05 mol/L ed etanoato di sodio 0,05 mol/L. Qual è il suo pH?
- Q3Perché un tampone è più efficace quando le concentrazioni di acido e base sono uguali?
- Q4Spiega perché diluire un tampone con acqua cambia appena il suo pH, ma ne riduce la capacità tamponante.
- Q5La coppia acido carbonico-bicarbonato mantiene il pH del sangue vicino a 7,4. Cosa accadrebbe al pH del sangue durante un esercizio intenso senza questo sistema tampone?
Domande frequenti
Un tampone è la stessa cosa di una soluzione neutra?
No. Un tampone può mantenere qualsiasi pH vicino al pKa del suo acido debole. Un tampone all'etanoato rimane intorno a pH 4,8 e un tampone all'ammoniaca intorno a pH 9,3. Ciò che lo rende un tampone è che il pH cambia pochissimo, non il valore del pH.
Che cos'è la capacità tampone?
È la quantità di acido o base forte che il tampone può assorbire prima che il suo pH cambi in modo significativo. È massima quando l'acido e la base sono presenti in concentrazioni uguali e aumenta con la concentrazione totale.
Perché la stima di Henderson-Hasselbalch non è più valida quando il tampone si esaurisce?
L'equazione richiede che siano presenti sia l'acido sia la base. Quando uno dei due ha reagito completamente, non è più possibile calcolare il logaritmo e il pH è determinato invece dall'eccesso di acido o base forte.