NaOH da aggiungere ad acido fosforico per tampone a pH 11,8

Calcolare la massa di NaOH (MM 40) da aggiungere a 1,2 L di una soluzione 0,15 M di acido fosforico per preparare un tampone a pH 11,8. Le costanti di dissociazione dell’acido fosforico sono: Ka1 = 7,11×10-3 Ka2 = 6,32×10-8 Ka3 = 7,1×10-13 [R= 16,6g]

Una soluzione tampone è una soluzione acquosa in grado di mantenere inalterato il proprio pH, in seguito all'aggiunta di moderate quantità di acidi o basi forti.
Hanno potere tampone le soluzioni contenenti un acido debole e il suo sale con una base forte (e questo è il nostro caso); oppure una base debole e il suo sale con un acido forte.

Come è noto, il calcolo del pH per una soluzione tampone, è dato dalla seguente formula (ricavata con passaggi matematici, pertendo dall'assunto che si possono approssimare la concentrazione all'equilibrio dell'acido genericamente detto HA con il suo valore nominale Ca e la concentrazione all'equilibrio dell'anione dissociato con quella nominale del sale Cs):

pH = PKa + log Cs - log Ca

Questa è la formula di Henderson- Hasselbalch, che si può anche scrivere:

pH= pKa + log (sale)/(acido)


dove pKa rappresenta il logaritmo dell'inverso della costante di dissociazione dell'acido e le concentrazioni del sale e dell'acido sono espresse in molarità.
Essendo il valore di K costante in un largo campo di diluizione, è possibile calcolare il pH di una soluzione dalla concentrazione dei componenti del tampone e, viceversa, dalla determinazione del pH si può risalire al rapporto dei componenti, ed è questo il nostro caso poichè il pH è noto (pH= 11,8).

Sostituendo i valori, avremo:
11,8= -log 7,11X10-3 + Log Cs + Log 0,15

da cui si deve ricavare il valore del log Cs:

log Cs = 11,8 + log 7,11X10-3 + log 0,15

Svolgendo i calcoli, si ottiene il valore di Cs, cioè la concentrazione (espressa in molarità) del sale.

Si possono dunque determinarne le moli, infatti il Volume è noto (è di 1,2 litri!):
n = MxV

Ottenute le moli, si determinano i grammi, infatti il peso olecolare è noto (MM=40):
g = n X MM

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Ciò fatto, ripeti gli stessi calcoli modificando semplicemente il valore della costante di equilibrio, in ogni equazione di Henderson- Hasselbalch.
Otterrai alla fine tre valori diversi di grammi.
Fai la media aritmetica, e otterrai la massa in grammi che occorre esattamente per ottenere un tampone a pH 11,8.


In bocca al lupo!
Violetta

per avere un tampone a pH = 11.8 dobbiamo avere la coppia HPO4--/PO4--- con pKa3 = 12.15 t.c. pH è compreso nell'intervallo pKa-1 = 11.15, pKa2+1 = 13.15

quindi:

2NaOH + H3PO4 -------> Na2HPO4 + 2H2O
X________0.15_____________0_______/__
X-2Y____0.15-Y____________Y_______/__
con
0.15-Y = 0 => Y = 0.15 =>
=
X-0.30_____0______________0.15______/__

e ancora

NaOH + Na2HPO4 --------> Na3PO4 + H2O
X-0.30_____0.15_____________0______/_
0______0.15-X+0.30_________X-0.30___/_
=
__________0.45-X___________X-0.30____/_

con

[H+] = Ka2 * [Na2HPO4]/[Na3PO4]
=
10^-11.8 = 7.1*10^-13 * (0.45-X)/(X-0.30)

...

X = 0.346mol/L => 0.346mol/L * 1.2L = 0.416mol => 0.416mol*40g/mol = 16.62g di NaOH

OK?