Calcolo del pH di un acido debole
Gli acidi deboli sono quegli acidi che in soluzione non si dissociano completamente e in parte indissociati. In quanto acidi, in soluzione donano un protone ad H2O:
La costante di dissociazione acida è data da:
Prendiamo come esempio l'acido acetico, un comune acido debole:
In presenza di acqua parte dell'acido acetico si dissocierà in ioni e
, mentre in parte rimarrà indissociato come
.
Ad equilibrio raggiunto avremo quindi in soluzione le specie ,
e
. Per calcolare il pH abbiamo a disposizione solo l'equazione della Ka
Dobbiamo quindi trovare
Chiamiamo Ca è la concentrazione molare iniziale di acido, prima della dissociazione in acqua. Indichiamo invece con "x" la quantità di acido che si dissocia.
Se x mol/L di acido acetico si dissociano, otterremo x mol/L di H3O+ e x mol/L di CH3COO-.
Avremo quindi x = [H3O+] = [CH3COO-]
La concentrazione di CH3COOH che rimane indissociato sarà (Ca - x) mol/L
Sostituendo nell'espressione della Ka:
Questa è un'equazione di secondo grado che siamo perfettamente in grado di risolvere. Si può fare però un'ulteriore semplificazione. Dato che abbiamo a che fare con un acido debole, rimane per la maggior parte indissociato.
Questo vuol dire che possiamo quindi dire con buona approssimazione che
La nostra espressione diventa:
e dato che x = [H3O+]
che, riarrangiata in funzione di
diventa:
Si può quindi ricavare che il pH si calcola come:
Calcolo del pH di una base debole
Il pH di una base debole può essere calcolato analogamente, facendo gli stessi passaggi e le stesse approssimazioni. Si calcola prima OH-:
E di conseguenza il pOH:
Il pH si troverà semplicemente come:
