Prodotto Ionico dell'Acqua e Indicatori Acido-Base: Concetti Fondamentali

Prodotto Ionico dell'Acqua

L'acqua pura, sebbene non sia un buon conduttore elettrico, presenta una conducibilità minima misurabile con apparecchiature molto sensibili. Questo comportamento indica la presenza di ioni, anche se in concentrazioni estremamente basse. Tale fenomeno è dovuto al suo carattere anfotero:

H2O + H2O ⇄ H3O+ + OH-

AC1 AC2 BAS2 BAS1

Applicando la legge di azione di massa (LAM):

Kc = [H3O+][OH-] / [H2O]2

Poiché la concentrazione dell'acqua rimane sostanzialmente costante, possiamo semplificare l'espressione introducendo la costante del prodotto ionico dell'acqua (K_w):

Kw = [H3O+][OH-] = 10-14 a 25 °C

In acqua pura, le concentrazioni di ioni idronio e ossidrile sono uguali:

[H3O+] = [OH-]

Quindi:

Kw = [H3O+]2 = [OH-]2 = 10-14

[H3O+] = [OH-] = 10-7 M

Relazione tra Concentrazione di Ioni e pH a 25°C

Scioglimento a 25°C, in mol/L

• Neutro: [H₃O⁺] = [OH^-] = 10^-7 M; pH = 7
• Acido: [H₃O⁺] > [OH^-]; [H₃O⁺] > 10^-7 M; pH < 7
• Basico: [H₃O⁺] < [OH^-]; [H₃O⁺] < 10^-7 M; [OH^-] > 10^-7 M; pH > 7

Indicatori Acido-Base

Gli indicatori acido-base sono acidi o basi deboli che presentano colorazioni differenti nelle loro forme acida e basica coniugata. Consideriamo un indicatore acido generico, HIn, in soluzione acquosa. Si stabilisce il seguente equilibrio:

HIn ⇄ H2O + In- + H3O+

colore1 colore2

Kin = [In-][H3O+] / [HIn]

Quando le due specie coesistono, si osserva un colore intermedio tra colore₁ e colore₂.

• Aggiungendo una piccola quantità di indicatore a una soluzione acida, l'aumento di [H₃O⁺] sposta l'equilibrio verso sinistra, favorendo la forma HIn e il suo colore (colore₁).
• Aggiungendo una piccola quantità di indicatore a una soluzione basica, la diminuzione di [H₃O⁺] (per neutralizzazione con [OH^-]) sposta l'equilibrio verso destra, favorendo la forma In^- e il suo colore (colore₂).

Il colore della soluzione dipende dal rapporto [In^-] / [HIn].

• Se [In^-] / [HIn] è grande, predomina il colore della forma basica (In^-).
• Se [In^-] / [HIn] è piccolo, predomina il colore della forma acida (HIn).
• Se [In^-] / [HIn] è circa 1, si osserva un colore intermedio (miscela dei due).

Per apprezzare chiaramente il cambiamento di colore, è necessario che [In^-] / [HIn] sia circa 10 o 1/10. La zona di pH in cui l'indicatore cambia colore è detta zona di viraggio. Il cambiamento di colore avviene in un intervallo di circa 2 unità di pH, caratteristico per ogni indicatore.