Soluzioni di acidi deboli

Un acido debole, come l'acido cianidrico, è un acido di Brønsted poiché dona un protone alla molecola d'acqua e produce lo ione idronio. Un acido debole si dissocia parzialmente in acqua secondo la sua costante di dissociazione acida, Ka, che è 4, 9 10⁻¹⁰ per l'acido cianidrico. Per l'acido cianidrico, il valore della Ka è uguale alla concentrazione di idronio moltiplicata per la concentrazione di ioni cianuro divisa per la concentrazione dell'acido cianidrico.

La costante di dissociazione acida, Ka, può essere usata per determinare la concentrazione di ioni idronio in una soluzione acida debole e, di conseguenza, il pH della soluzione. La concentrazione di ioni idronio e il pH di una soluzione 0, 15 molare di acido cianidrico possono essere calcolati usando la sua espressione di equilibrio e una tabella ICE. Le concentrazioni di acido cianidrico, di idronio e di cianuro in fase di inizio e all'equilibrio possono essere espresse in una tabella, la quale mostra le concentrazioni Iniziale, di Variazione e di Equilibrio di ciascuna delle molecole.

Per raggiungere l'equilibrio, la concentrazione iniziale dei reagenti diminuisce all'aumentare della concentrazione iniziale dei prodotti secondo i loro rapporti molari. Questa variazione nella concentrazione dei reagenti e dei prodotti è indicata con x. Sostituendo le concentrazioni di equilibrio nell'espressione per la Ka si ottiene x volte x diviso 0, 15 meno x.

In molti acidi deboli, x, la quantità di dissociazione, è probabile che sia molto piccola a confronto con la concentrazione iniziale di 0, 15 molare. Si può presumere che 0, 15 meno x sia circa 0, 15. Quando l'equazione è risolta, x è uguale a 8, 6 10⁻⁶ molare.

L'approssimazione, 0, 15 meno x uguale a 0, 15, è valida solo se x è inferiore al 5 percento di 0, 15 molare. Qui, x è 0, 0057 percento di 0, 15 molare, dunque questa approssimazione è valida. Pertanto, la concentrazione di idronio è 8, 6 10⁻⁶ molare.

Per determinare il pH, prendete il log negativo della concentrazione di ioni idronio. Il PH della soluzione di acido cianidrico 0, 15 M è 5, 07. Il pH di una soluzione può essere usato per determinare il Ka di un acido debole.

Per esempio, l'acido acetico si dissocia parzialmente in ioni idronio e ioni acetato quando disciolto in acqua. Il valore della Ka per l'acido acetico può essere espresso come la concentrazione di ioni idronio moltiplicata per la concentrazione di ioni acetato divisa per la concentrazione di acido acetico. Se il pH di una soluzione molare di acido acetico 0, 20 è 2, 72, è possibile calcolare la sua concentrazione di idronio, che è 1, 9 10⁻³ molare.

La tabella ICE può essere costruita dalle concentrazioni iniziali e di equilibrio dell'acido acetico, degli ioni idronio e degli ioni acetato. Utilizzando cifre significative, 0, 20 meno 1, 9 10⁻³ è essenzialmente uguale a 0, 20. Sostituendo i valori di equilibrio nell'espressione Ka, Ka è uguale a 1, 8 10⁻⁵.