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Il pH del tampone acetato

Uno studente mi chiede di calcolare il pH di una soluzione ottenuta sciogliendo 6,60 g di acido acetico e 2,20 g di idrossido di sodio in 500 mL di acqua.
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Uno studente ha scritto: Salve professoressa, ho dei problemi su questo tipo di problemi sul pH. Le scrivo il problema. La ringrazio in anticipo. Calcolare il pH di una soluzione ottenuta sciogliendo 6,60 g di acido acetico e 2,20 g di idrossido di sodio in 500 mL di acqua (Ka = 1,8·10-5).   Il problema si risolve così: Tra acido acetico e idrossido di sodio avviene una reazione acido-base che porta alla formazione di acqua  e del sale acetato di sodio:

CH3COOH(aq) + NaOH(aq) → CH3COONa(aq) + H2O

Per determinare il pH della soluzione finale è necessario calcolare le quantità in moli dei due reagenti e stabilire se sono in rapporto stechiometrico oppure se c’è un eccesso di uno dei due.

n CH3COOH = m / mmolare = 6,60 g / 60,05 g/mol = 0,110 mol

n NaOH = m / mmolare = 2,20 g / 39,997g/mol = 0,0550 mol

La quantità in moli di acido è il doppio di quella di NaOH; metà dell’acido, pertanto, reagisce e si trasforma in sale, e l’altra metà resta tal quale dato che viene a mancare la base NaOH con cui reagire. Il sale in soluzione è però completamente dissociato in ioni acetato e ioni sodio; in soluzione è così presente la coppia acido-base coniugata acido acetico - ioni acetato e la soluzione ha proprietà tampone. Il suo pH può essere calcolato con la relazione

[H+] = Ka · Ca/Cs

Tenendo presente che C indica la concentrazione molare e che sia l’acido che la sua base coniugata sono contenuti nello stesso volume di soluzione, è possibile sostituire alla concentrazione la quantità in moli, cioè:

[H+] = Ka · na/ns

dove na e ns indicano, rispettivamente, la quantità in moli di acido acetico presente a fine reazione e quella di di ioni acetato formatisi dalla reazione. Poiché a fine reazione ci sono 0,550 mol di ioni acetato e sono rimaste 0,550 mol di acido acetico, si ha na = ns e [H+] = Ka = 1,8·10-5. Pertanto il pH è:

pH = -log 1,8·10-5 = 4,74

In conclusione, il pH di una soluzione ottenuta sciogliendo 6,60 g di acido acetico e 2,20 g di idrossido di sodio in 500 mL di acqua è 4,74.

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