Calcolo del pH di una soluzione di acido solfidrico

Percorso 10
Calcolo del pH di una soluzione di acido solfidrico (H2S)
A
P
P
R
O
F
O
N
D
I
M
E
N
T
O
L’acido solfidrico (H2S) in acqua si dissocia reversibilmente
secondo due equilibri:
1
[H2S] →
← [H+] + [HS–]
2
[HS–] →
← [H+] + [S– –]
Figura 1
La struttura dell’acido solfridico
La costante relativa al primo equilibrio è:
Ka1 =
[H+] • [HS–]
[H2S]
Il valore numerico della costante della prima ionizzazione è:
Ka1 = 9,12 • 10-8
Questo valore corrisponde alla costante di un acido molto debole.
La costante relativa al secondo equilibrio è:
Ka2 =
[H+] • [S– –]
[HS–]
Il valore numerico della costante di seconda ionizzazione è:
Ka1 = 1,2 • 10-15
Questo valore corrisponde alla costante di un acido medio debole.
Immaginiamo adesso che la concentrazione iniziale dell’acido solfidrico (H2S) sia:
Ca = 4,722 • 10-3 M
1
Calcolo del pH di una soluzione di acido solfidrico (H2S)
Percorso 10
A
P
P
R
O
F
O
N
D
I
M
E
N
T
O
Per calcolare la concentrazione dello ione idrogeno proponiamo il seguente metodo:
Prima dissociazione
Si riscrive l’equilibrio della prima dissociazione e si realizza lo schema IVF:
→
←
[H2S]
[H+]
+
[HS–]
I
4,722 • 10-3
–
–
V
-X
X
X
F 4,722 • 10-3– X
X
X
Si può notare come la concentrazione dello ione idrogeno (H+) sia uguale a quella dello ione idrogenosolfuro:
[H+] = [HS–] = X
Si calcola la concentrazione dello ione idrogeno (H+) dovuto alla prima dissociazione con la formula rigorosa:
2
+
[H ]
K a1 + K a1
2
4K a1C a
Si ottiene un valore numerico della concentrazione dello ione idrogeno (H+) della prima ionizzazione dell’acido
solfidrico:
[H+]1 = 2,071 • 10-5 M
Visto però che la costante è molto bassa (Ka1 = 9,12 • 10-8) si può impiegare anche la formula approssimata:
K a1C a
ottenendo così un valore della concentrazione dello ione idrogeno (H+) della prima ionizzazione dell’acido solfidrico molto vicino:
[H+]1 = 2,075 • 10-5 M
Seconda dissociazione
Si riscrive adesso l’equilibrio della seconda dissociazione:
+
-[HS-] →
← [H ] + [HS ]
2
Calcolo del pH di una soluzione di acido solfidrico (H2S)
Percorso 10
A
P
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R
O
F
O
N
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I
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N
T
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La concentrazione dello ione idrogenosolfuro che in questo caso è l’acido che si dissocia è:
[HS-]1 = [H+] = 2,071 • 10-5 M
Per calcolare la concentrazione dello ione idrogeno (H+) che si sviluppa dalla seconda ionizzazione utilizziamo
la formula approssimata, visto che Ka2 = 1,2 • 10-15 e quindi piccolissima:
[H+ ]2 = K a2 • [HS - ] = 1,2 • 10
15
• 2,071 • 10
5
Otteniamo così il valore numerico della concentrazione dello ione idrogeno (H+) della seconda ionizzazione:
[H+]2 = 1,576 • 10-10 M
La concentrazione totale è data dalla somma:
[H+]tot = [H+]1 + [H+]2 = 2,075 • 10-5 M + 1,576 • 10-10 M = 2,075 • 10-5 M
E il pH risulta quindi:
pH = 4,68
Si può notare come la seconda ionizzazione non contribuisca di fatto alla quantità totale degli ioni idrogeno (H+).
Ciò è dovuto alla lontananza numerica tra le due costanti di dissociazione.
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