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Un risultato corretto...

Loris calcola il volume di H2O che si deve aggiungere a 100 mL di una soluzione di NH3 con pH 11,20 per ottenere una soluzione con pH 10,80, e il risultato che ottiene non è quello atteso... ?
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Loris ha scritto: Ho rifatto questo problema ma il risultato del libro non coincide. Errore di stampa? Se c'è un errore dov'è? Grazie mille. Una soluzione di NH3 (pKb = 4,76, pKw = 14,00) ha pH 11,20.  Quale volume di H2O si deve aggiungere a 100 mL di tale soluzione per ottenere una soluzione con pH 10,80? [risposta del libro 5,3·102 mL] Rispondo così: Non credo ci siano errori di stampa… Il modo più rapido di risolvere il problema è di considerare che, quando si diluisce una soluzione più concentrata, la quantità in moli di soluto non cambia. Poiché la quantità in moli di una soluzione con una data concentrazione molare si determina moltiplicando tale concentrazione per il volume di soluzione considerato, possiamo scrivere la seguente relazione:

CNH3 in · Vin = CNH3 fin · Vfin

dove i pedici in e fin stanno a indicare iniziale e finale. Conoscendo il pH delle due soluzioni, è possibile determinarne il pOH e quindi la concentrazione molare degli ioni OH-; inoltre, essendo l’ammoniaca una base debole e le soluzioni sufficientemente concentrate, possiamo considerare valida la relazione approssimata che lega la concentrazione molare degli ioni OH- alla Kb della base, cioè

[OH-]2 = Kb NH3 · CNH3

Al posto di CNH3 in possiamo allora scrivere [OH-]2in / Kb NH3, mentre al posto di CNH3 fin possiamo scrivere [OH-]2fin / Kb NH3; quindi:

([OH-]2in / Kb NH3) · Vin = ([OH-]2fin / Kb NH3) · Vfin

Semplificando la relazione ottenuta e ricavando il volume finale si ha:

([OH-]2in / Kb NH3) · Vin = ([OH-]2fin / Kb NH3) · Vfin

Vfin = [OH-]2in · Vin / [OH-]2fin

Sostituendo i valori numerici risulta quanto segue:

pOHin = pKw – pHin = 14,00 – 11,20 = 2,80

[OH-]2in = (10-pOH in)2 = (10-2,80)2 = 2,51·10-6 (mol/L)2

pOHfin = pKw – pHfin = 14,00 – 10,80 = 3,20

[OH-]2in = (10-pOH in)2 = (10-3,20)2 = 3,98·10-7 (mol/L)2

Vfin = [OH-]2in · Vin / [OH-]2fin = 2,51·10-6 (mol/L)2 · 0,100 L / 3,98·10-7 (mol/L)2 = 0,631 L = 631 mL

In conclusione, il volume finale della soluzione di ammoniaca deve essere 631 mL; tenendo conto che il volume iniziale è 100 mL, è necessario aggiungere 531 mL. Se si esprime questo risultato con il corretto numero di cifre significative (tieni presente che il numero di cifre significative quando si calcola [H+] o [OH-] dal pH o dal pOH deve corrispondere al numero di cifre dopo la virgola presenti nel valore del pH o del pOH), che in questo caso è due, si ottiene proprio il risultato atteso, cioè 5,3·102 mL.  

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