NH4+(aq) + H2O(l) = NH3(aq) + H3O+(aq)
sono più che sufficienti a rendere acida la soluzione. Prima di aggiungere acido nitrico alla soluzione, il calcolo del grado di idrolisi risulta semplice; il grado di idrolisi è infatti definito comegrado di idrolisi = [NH4+]che idrolizza / [NH4+]iniziale
Poiché la quantità di NH4+ che idrolizza si trasforma in una pari quantità di NH3, e quest’ultima è uguale alla concentrazione di ioni idrogeno che si formano, per determinarla è sufficiente calcolare [H3O+] a partire dalla relazione, valida per gli acidi deboli, [H3O+]2 = Ka·Ca. Per calcolare il grado di idrolisi nella soluzione risultante dall’aggiunta di acido nitrico, devi tenere presente che per il principio di Le Chatelier, a seguito dell’aumento di concentrazione degli ioni idrogeno, l’equilibrio di idrolisi si sposta a sinistra; ci si deve quindi attendere una diminuzione del valore del grado di idrolisi. Per determinare la concentrazione di ioni ammonio che idrolizzano in questa nuova condizione, è quindi necessario risolvere un classico problema sull’equilibrio chimico. Si calcolano la quantità in moli di ioni ammonio derivanti dalla dissociazione del sale e la quantità in moli di ioni idrogeno aggiunti con l’acido nitrico, si determinano le rispettive concentrazioni a seguito dell’aumento di volume della soluzione, si indica con x mol/L la concentrazione molare di ioni ammonio che idrolizzano e si esprime in funzione di questa incognita la concentrazione all’equilibrio di tutte le specie. Sostituendo tali relazioni nell’espressione della costante di equilibrio, il cui valore corrisponde alla Ka dello ione ammonio, e risolvendo l’equazione che si ottiene, si riesce a determinare il valore dell’incognita. I calcoli in dettaglio sono questi:- idrolisi del sale in acqua
Ka NH4+ = Kw / Kb NH3 = 1,0·10-14 / 1,8·10-5 = 5,6·10-10 Ca = [NH4+]iniziale = 0,28 mol/L
[H3O+]2 = Ka · Ca = 5,6·10-10 · 0,28 = 1,56·10-10
[H3O+] = 1,25·10-5 mol/L = [NH3] = [NH4+]che idrolizza
grado di idrolisi = [NH4+]che idrolizza / [NH4+]iniziale = 1,25·10-5 mol/L / 0,28 mol/L = 4,5·10-5
% idrolisi = 4,5·10-5 · 100 = 4,5·10-3 %
- idrolisi del sale dopo aggiunta dell’acido
n NH4+ = M·V = 0,28 mol/L · 0,50 L = 0,14 mol
n H3O+ aggiunti = n HNO3 = M·V = 1,7·10-3 mol/L · 0,030 L = 3,4·10-5 mol
Vtotale = (0,50 + 0,020) L = 0,52 L
[NH4+] = n/V = 0,14 mol / 0,52 L = 0,27 mol/L
[H3O+]aggiunti = n/V = 3,4·10-5 mol / 0,52 L = 6,5·10-4 mol/L
[NH3]eq = x mol/L
[NH4+]eq (dopo idrolisi) = (0,27 – x) mol/L ≡ 0,27 mol/L
[H3O+]eq (dopo idrolisi) = (6,5·10-4 + x) mol/L ≡ 6,5·10-4 mol/L
Keq = [H3O+]eq · [NH3]eq / [NH4+]eq = Ka NH4+ = 5,6·10-10
6,5·10-4 · x / 0,27 = 5,6·10-10
6,5·10-4 x = 5,6·10-10 · 0,27
x = 2,3·10-7
[NH3]eq = [NH4+]che idrolizza = 2,3·10-7 mol/L
grado di idrolisi = [NH4+]che idrolizza / [NH4+]iniziale = 2,3·10-7 mol/L / 0,27 mol/L = 8,6·10-7
% idrolisi = 8,6·10-7 · 100 = 8,6·10-5 %
Come si era previsto, il grado di idrolisi degli ioni ammonio è diminuito; la quantità che idrolizza è molto piccola, per cui risulta legittima l’approssimazione introdotta nel calcolo quando si è trascurato il termine x come valore additivo o sottrattivo di quantità molto più grandi. In conclusione, il grado di idrolisi del nitrato di ammonio, che è inizialmente pari a 4,5·10-5, a seguito dell’aggiunta di acido nitrico scende a 8,6·10-7; la variazione del grado di idrolisi è quindi pari a (8,6·10-7 – 4,5·10-5) = -4,4·10-5.