Un sale è un composto formato da ioni, elettricamente neutro, prodotto della reazione di un acido con una base. I sali sono elettroliti forti, ovvero posti in acqua si dissociano completamente nei loro ioni costituenti, garantendo alla soluzione una certa conducibilità elettrica. Questo indipendentemente dal fatto che siano costituiti da acidi e basi deboli o forti.
In linea generale, i sali possono essere formati
1 - da un acido forte e da una base forte
2 - da un'acido forte e da una base debole
3 - da una base forte e da un'acido debole
4 - da un'acido debole e una base debole
Il pH impartito da un sale ad una soluzione è dovuta all'interazione con H2O degli ioni che costituiscono il sale.
Vediamo come si calcola il pH per soluzioni acquose di queste quattro diverse tipologie di sali.
1 - sale di acido forte e base forte
Prendiamo l'esempio più semplice in assoluto; il cloruro di sodio, NaCl. Gli ioni costituenti sono Na+ e Cl- . La teoria acido-base di Bronsted-Lowry ci ha insegnato che più una base è forte più sarà debole il suo acido coniugato e viceversa, ovvero più un acido è forte più la sua base coniugata sarà debole.
In questo caso, abbiamo Na+ , che è l'acido coniugato di NaOH, e Cl- , che è la base coniugata di HCl. NaOH è una base fortissima, e allo stesso modo HCl è un acido fortissimo. Ne consegue che il comportamento acido di Na+ e il comportamento basico di Cl- sono totalmente irrilevanti.
Se nessuno dei due ioni interagisce con H2O non avremo variazioni di pH.
Ne consegue che il pH di una soluzione acquosa di NaCl è neutro, 7.
I sali che derivano da acido forte e base forte lasciano invariato il pH di una soluzione.
2 - sale di acido debole e base forte
Prendiamo come esempio l'acetato di sodio, CH3COONa. E' composto rispettivamente da CH3COO- e Na+ . Na+ è l'acido coniugato di NaOH, e come abbiamo visto nell'esempio precedente, il suo contributo al pH è nullo. CH3COO- invece è la base coniugata di CH3COOH, un'acido debole. In quanto base coniugata di un'acido debole, mostra una certa affinità nei confronti del protone, si comporta quindi da base:
La reazione acido-base di CH3COO- con acqua si chiama "idrolisi". In questo caso si parla di idrolisi basica, perchè la reazione genera un eccesso di OH-. Dato che la reazione genera questo eccesso, il sale di un acido debole e una base forte in acqua darà un pH > 7, alcalino. Per il calcolo del pH, possiamo considerare la soluzione di questo sale esattamente come la soluzione di una base debole (nel nostro caso CH3COO- ). Abbiamo visto che la formula per il calcolare derivante generato da una base debole è:
La Kb di CH3COO- può essere ricavata dalla Ka dell'acido acetico:
La concentrazione di base in questo caso è la concentrazione
del nostro sale.
Da qui la formula per calcolare il di una soluzione di sale acido debole-base forte:
da cui si può ricavare facilmente il pH.
3 - sale di base debole e acido forte
Prendiamo come esempio il cloruro di ammonio, NH4Cl. I suoi ioni costituenti sono NH4+ e Cl- . NH4+ è l'acido coniugato di NH3, l'ammoniaca, una base debole. Avrà quindi una certa tendenza, seppur piccola, a cedere quell'idrogeno acido. Cl- invece è la base coniugata di HCl, e come abbiamo visto negli esempi precedenti il suo contributo al pH è praticamente nullo, e quindi lo possiamo trascurare. Possiamo considerare una soluzione di questo sale solo come una soluzione acquosa dell'acido debole NH4+ (che darà quindi un pH acido)
la formula approssimata per il calcolo del pH di un acido debole è la seguente:
La Ka dello ione ammonio può essere ricavata dalla Kb dell'ammoniaca. La concentrazione Ca inoltre, è in questo caso la concentrazione Cs del nostro sale.
4 - sale di acido debole e base debole
Prendiamo come esempio l'acetato di ammonio, CH3COONH4 . Gli ioni costituenti sono CH3COO- e NH4+ . Entrambi questi ioni sono in grado di dare idrolisi; CH3COO- dà idrolisi basica, mentre NH4+ dà idrolisi acida. Il pH di un sale composto da acido debole e base debole dipenderà dalla forza acida e basica delle specie costituenti. Se la forza basica e la forza acida si equivalgono il risultato è una soluzione neutra. E' il caso ad esempio di CH3COONH4 .
Ka NH4+ = Kb CH3COO-
Se prevale la forza basica sulla forza acida il risultato sarà un pH alcalino. E' il caso ad esempio di NH4CN.
Kb CN- > Ka NH4+
Se prevale la forza acida sulla forza basica ovviamente il risultato sarà un pH acido.
In ogni caso, se vogliamo esattamente calcolare il pH di un sale costituito da un'acido debole e da una base debole, esiste una semplice formula:
In cui:
-Ka è la costante dell'acido coniugato della base debole che costituisce il sale. Ad esempio, nel caso di CH3COONH4 sarebbe la Ka di CH3COOH.
-Kb è la costante della base coniugata dell'acido debole che costituisce il sale. Ad esempio, nel caso di CH3COONH4 sarebbe la Kb di NH3.
In sintesi, quando:
- Ka > Kb la soluzione risultante è acida.
- Kb > Ka la soluzione risultante è alcalina.
- Ka = Kb la soluzione risultante è neutra.
