Chimica e Laboratorio biennio

prof. TROIANO Sergio

Sappiamo tutti che una soluzione acquosa avente come soluto un acido ha il pH minore di 7 ed una soluzione acquosa avente come soluto una base ha il pH maggiore 7, ma se il soluto é un sale quale sarà il valore del pH?.

L’idrolisi riguarda proprio il pH di una soluzione acquosa salina, ed il valore numerico del pH può essere sia minore di 7, sia uguale a 7, e sia maggiore di 7.

Il pH di una soluzione acquosa salina, avente cioè l’acqua come solvente ed un sale solubile come soluto può essere misurato sperimentalmente nel laboratorio con il piaccametro od anche, con minore approssimazione, con un indicatore cromatico e può essere calcolato per via teorica.

Il calcolo teorico del pH di una soluzione acquosa salina è assai complesso e non può essere da noi, in effetti condotto con rigore fino al risultato, ma ci limiteremo essenzialmente a fare dei ragionamenti e solo in pochi casi potremo giungere a fare una previsione teorica del pH, ma anche in questi pochi casi dovremo per forza limitarci a dire soltanto se il pH sarà maggiore di 7 oppure minore di 7 e niente di più.

Per esaminare il fenomeno dell’idrolisi, facciamo riferimento ad una soluzione acquosa di volume poniamo 1 litro e contenente 100 grammi di NaBr. Il sale, che è solubile, si scioglie nell’acqua e forma una soluzione, le molecole sia del sale che dell’acqua si muovono e si urtano tra di loro ed urtano anche contro le pareti del recipiente, si tratta di urti elastici e quindi dopo l’urto la loro traiettoria risulta modificata in base alle leggi dell’urto elastico e si muovono dunque senza tregua, in modo analogo alle biglie su un biliardo.

Quando l’urto è violento si rompe la molecola del sale in corrispondenza del legame chimico debole che c’è tra il sodio ed il resto della molecola con formazione degli ioni Na+ e Br-. Se l’urto è particolarmente violento si rompe oltre alla molecola del sale anche quella dell’acqua con formazione degli ioni H+ e OH-.

Naturalmente gli ioni che si formano dal sale sono tanto più numerosi in riferimento alle molecole del sale che all’inizio ho messo per formare la soluzione, quanto più debole è il legame chimico che unisce il sodio al bromo nel nostro caso ed in generale il metallo al resto della molecola.

Gli ioni Na+ e Br- avendo carica elettrica opposta, se per caso si vengono a trovare abbastanza vicini tanto da risentire in maniera apprezzabile della forza di attrazione elettrostatica, si ricombinano e riformano la molecola neutra di NaBr. Per fare questo dato che tutti gli atomi di Na sono uguali tra di loro e tutti gli atomi di Br sono uguali tra di loro, il ricongiungimento può avvenire tra un qualsiasi ione Na+ ed un qualsiasi ione Br- e non necessariamente gli stessi che si erano prodotti antecedentemente nella dissociazione.

Se potessimo vedere le particelle atomiche, osserveremmo continuamente molecole di NaBr che si dissociano formando gli ioni e contemporaneamente ioni Na+ e Br- che si riassociano per riformare molecole di NaBr del tutto uguali a quelle iniziali.

Da notare, che passato il transitorio iniziale, la velocità di dissociazione è uguale alla velocità di associazione, cioè il numero di molecole che si dissociano in un intervallo di tempo e il numero di molecole che si riformano nello stesso intervallo di tempo sono uguali tra di loro. Quando questo accade si dice che siamo in regime stazionario mentre il periodo precedente è detto regime transitorio.

Assisteremmo dunque ad un equilibrio dinamico, una situazione in cui il numero totale di molecole di un certo tipo intere, ovvero indissociate è costante come pure è costante il numero di molecole dissociate e quindi apparentemente tutto sembra fermo in realtà vi è una continua dissociazione di molecole esattamente bilanciata da una altrettanto continua associazione di ioni.

Gli ioni possono però sempre rispettando le valenze e le cariche elettriche, ricombinarsi in un modo diverso da come erano all’inizio e possono formare molecole del tutto diverse da quelle iniziali. Nel nostro caso lo ione H+ si può ricombinare con lo ione Br- e formare Hbr che è una sostanza diversa da quelle di partenza ed anche lo ione OH- si può combinare con lo ione Na+ e formare Na(OH) che è un’altra sostanza che non era stata messa inizialmente nella soluzione. Per questo motivo HBr ed Na(OH) possiamo chiamarle sostanze di seconda generazione.

Naturalmente Hbr, ad opera degli urti con le altre molecole e con le pareti del recipiente che contiene la soluzione, subisce a sua volta la dissociazione elettrolitica con formazione degli ioni H+ e Br- e così pure Na(OH) si dissocia per formare gli ioni Na+ e OH-.

Il calcolo delle moli all’equilibrio di tutte queste sostanze e dei rispettivi ioni può essere utilmente condotto solo con il computer, esula del tutto dai limiti del nostro corso, e si basa sulle varie costanti di equilibrio nelle reazioni di dissociazione.

In alcuni casi è però possibile fare una previsione grossolana del pH, si può solo dire se il suo valore è minore o maggiore di 7 e per fare questo occorre prima individuare con certezza l’acido e l’idrossido di seconda generazione che si formano poi si deve vedere se l’acido è forte o debole ed anche se l’idrossido è forte o debole.

Il pH della soluzione sarà minore di 7 e quindi l’idrolisi è di tipo acido se l’acido è forte e l’idrossido è debole.

Il pH della soluzione sarà maggiore di 7 e quindi l’drolisi è di tipo basico se l’acido è debole e l’idrossido è forte.

Si dice acido forte un acido che ha una alta costante di dissociazione ovvero che ha un legame assai debole tra l’idrogeno ed il resto della molecola, si dice debole un acido che ha una bassa costante di dissociazione ovvero che ha un legame forte tra l’drogeno ed il resto della molecola.

Si dice idrossido forte un idrossido che ha una alta costante di dissociazione ovvero che ha un legame assai debole tra il gruppo OH ed il resto della molecola, si dice debole un idrossido che ha una bassa costante di dissociazione ovvero che ha un legame forte tra il gruppo OH ed il resto della molecola.

La costante di dissociazione è un numero che per i composti più comuni si trova facilmente nella letteratura chimica ed alcune anche sul manuale di chimica, tuttavia per facilitare ancora di più gli studenti elenco brevemente i principali acidi forti e le principali basi forti:

HClO4 Na(OH)

HCl K(OH)

HNO3

H2SO4

Concludendo il nostro esercizio possiamo dunque dire che l’idrolisi sarà alcalina, cioè il pH sarà maggiore di 7 anche se non potremo stabilirne il numero esatto, in quanto Na(OH) è una base forte ed HBr è un acido debole.

Nel caso che sia l’acido che l’idrossido sono entrambi forti ed anche nel caso che sia l’acido che l’drossido sono entrambi deboli non si può fare alcuna previsione teorica sul valore del pH.