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Quanti ioni ci sono in una soluzione di H2SO4?

Arianna mi chiede come si calcolano [H3O+], [HSO4-] e [SO42-] in una soluzione 0,020 M di H2SO4.
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Arianna ha scritto: Salve professoressa! Avrei bisogno di una mano con questo esercizio. Calcola [H3O+], [HSO4-] e [SO42-] in una soluzione 0,020 M di H2SO4. Inoltre dice "suggerimento": l'ipotesi che [HSO4-] = [H3O+] è valida? Io sapevo che questa ipotesi riguardante la prima ionizzazione dell'acido solforico, fosse valida nel caso in cui la soluzione non fosse estremamente diluita. Nel caso invece in cui la soluzione è molto diluita, come in questo esercizio, che tipo di approccio risolutivo devo usare? La ringrazio in anticipo!   Ecco la mano… Per la prima ionizzazione l’acido solforico si comporta da acido forte; tutte le molecole di H2SO4, pertanto, ionizzano secondo la reazione

H2SO4  + H2  HSO4-  +  H3O+

Dopo la prima ionizzazione, pertanto, in soluzione ci saranno 0,020 mol/L di ioni HSO4- e altrettante di ioni  H3O+. Lo ione idrogenosolafto HSO4-, però, si comporta a sua volta da acido, ma non ionizza completamente essendo moderatamente debole; si tratta quindi di una reazione di equilibrio caratterizzata da uno specifico valore di Ka:

HSO4-  + H2=  SO42- +  H3O+

Di certo, comunque, a equilibrio raggiunto, la concentrazione degli ioni HSO4- non potrà essere uguale a quella degli ioni H3O+. Per calcolare le concentrazioni finali è necessario
  • conoscere il valore della Ka dello ione idrogenosolfato,
  • indicare con x la concentrazione degli ioni SO42- che si liberano dalla reazione di equilibrio,
  • tenere presente che la concentrazione residua degli ioni idrogenosolfato è inferiore a quella iniziale a causa delle x mol/L che ionizzano, e corrisponde pertanto a (0,020  - x) mol/L,
  • ricordare che in soluzione sono già presenti 0,020 mol/L di ioni H3O+ a cui si aggiungono x mol/L provenienti dalla ionizzazione dello ione idrogenosolfato; a fine reazione, pertanto, si avrà [H3O+] = (0,020 + x) mol/L. A questo punto non resta che cercare il valore di Ka dello ione idrogenosolfato, scriverne l’espressione, sostituire alle concentrazioni le relazioni prima individuate in funzione della x, e procedere coi calcoli per risolvere l’equazione di secondo grado e ricavare il valore della x. A te i calcoli! Buon lavoro!  

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