Lez. II (Soluzioni, pH) - e

SOLUZIONI
• Una soluzione è una miscela omogenea di una o più
sostanze, ossia un sistema costituito da una sola fase,
che presenta proprietà chimico- fisiche costanti in ogni
punto. In generale il solvente è il componente che è
presente in maggior quantità, mentre gli altri componenti
sono detti soluti. Una soluzione si può presentare in uno
dei seguenti stati di aggregazione:
• Le soluzioni gassose, come l’aria che respiriamo
• Le soluzioni solide, come le leghe metalliche
• Le soluzioni liquide, che sono le più comuni
Il processo di solubilizzazione di un cristallo di NaCl in acqua.
Tra gli ioni Na+, Cl- e le molecole d’acqua opportunamente
orientate, si formano legami ioni-dipolo
IL CONCETTO DI MOLE
La mole o grammomolecola e' una unita' di misura della quantita' di
materia, applicabile alle sostanze pure, di composizione definita:
UNA MOLE E' QUELLA QUANTITA' DI SOSTANZA CHE
CONTIENE UN NUMERO DI AVOGADRO DI MOLECOLE
E PESA TANTI GRAMMI QUANTE SONO LE UNITA‘
DI MASSA ATOMICA DEL PESO MOLECOLARE.
Il numero di Avogadro e' pari a 6,02x1023 molecole/mole.
La particolarita' del numero di Avogadro sta nel fatto che esso
corrisponde al rapporto tra il grammo e l'unita' di massa atomica:
num. Avogadro = massa di 1 g / massa di 1 U.M.A. espressa in g
n = peso della sostanza (in grammi) / PM.
Concentrazione delle soluzioni
• Si definisce concentrazione (del soluto o della
soluzione) il rapporto tra la quantita' di soluto e la
quantita' di solvente o di soluzione. La concentrazione
puo' essere espressa in varie unita' di misura; hanno
interesse per la medicina:
1) la percentuale peso/volume: grammi di soluto
presenti in 100 ml di soluzione (solo per le soluzioni
liquide);
2) la percentuale volume/volume: ml di soluto presenti
in 100 ml di soluzione (solo nei casi in cui il soluto, nella
sua forma pura, e' un liquido o un gas; ad es. il tasso di
alcol nel vino);
3) la molarita' (M): numero di moli di soluto presenti in 1
litro di soluzione;
4) la normalita' (N o Eq/l): numero di equivalenti di
soluto presenti in 1 litro di soluzione.
Esempio di calcolo di concentrazione
Calcolare quanti grammi di glucosio sono presenti in 100 ml di una
soluzione di glucosio con concentrazione 0,1 M
Concentrazione 0,1 M significa che in litro (1000 ml) di soluzione sono presenti
0,1 moli di glucosio. Quindi:
0,1:1000 = x:100
x (n moli di glucosio) = 100x0,1/1000 = 0,01
Quanti sono i grammi di glucosio corrispondenti a 0,01 moli?
g = n moli x peso molecolare = 0,01x180 = 1,8 g
Peso molecolare = somma dei pesi atomici
peso molecolare del glucosio (C6H12O6) = (6x12) + (1x12) + (6x16) = 180
ALCUNI ESEMPI DI MISURE DI CONCENTRAZIONE
1) la concentrazione del glucosio nel sangue (GLICEMIA) e' espressa come percentuale
peso/volume; nell'uomo sano a digiuno risulta di circa 80 mg/100 ml (o 80 mg/dl).
2) la concentrazione del colesterolo nel sangue (COLESTEROLEMIA) si misura con le stesse
unita' della glicemia ed in genere e' di circa 200 mg/100 ml.
3) La concentrazione del bicarbonato e dell'anidride carbonica nel sangue sono in genere
espresse in molarita'; nell'uomo sano a riposo il valore medio di questi parametri e' di circa 28
mM per il bicarbonato e 1,3 mM per l'anidride carbonica.
L'EQUILIBRIO IONICO IN SOLUZIONE
L’acqua è un composto anfiprotico e può funzionare sia da acido (in presenza di
una base) sia da base (in presenza di un acido). In acqua pura ed in ogni soluzione
acquosa, la costante di equilibrio si può calcolare nel modo seguente:
H2O + H2O ↔ H3O+ + OHperché, applicando la legge dell’azione di massa, si ha:
Keq = [H3O+][OH-] / [H2O]2
Sapendo che la soluzione è molto diluita e che l’acqua mantiene la sua composizione
praticamente costante, la [H2O] = (1000 g/litro)/(18,02 g/mole) = 55,5 M.
Il prodotto ionico dell’acqua
Il prodotto ionico dell’acqua Kw è definito nel seguente modo:
Kw = Keq [H2O]2 = [H+] [OH-] = 10-14
in condizioni standard STP, cioè alla pressione di un’atmosfera e
alla temperatura di 25°C (= 298,15°K).
IL pH
Poiche' le concentrazioni dello ione idronio (H3O+) e dello ione ossidrile
o idrossido (OH-) in acqua sono in genere molto piccole, risulta
conveniente esprimerle in forma logaritmica. Si definisce con "p" il
logaritmo in base 10 e cambiato di segno di un numero; cosi' pH e' il
logaritmo decimale cambiato di segno della concentrazione molare
dello ione idronio:
pH = -log10 [H3O+]; pH=log10 1/[H3O+]
Allo stesso modo si indica con pOH il logaritmo decimale cambiato
di segno della concentrazione molare dello ione ossidrile, con pKW
quello del prodotto ionico dell'acqua e con pK quello di una
qualunque costante di equilibrio:
pOH = -log10 [OH-]
La concentrazione dello ione idronio nell'acqua pura e' uguale a quella dello ione ossidrile. Poiche'
KW = 10-14 M2, si puo' facilmente calcolare che nell'acqua pura:
[H3O+] = [OH-] = √ KW = 10-7 M
pH = -log10 [H3O+] = 7
pOH = -log10 [OH-] = 7
Una soluzione nella quale pH = pOH = 7 e' definita NEUTRA.
Se una soluzione contiene un acido o una base, la relazione pH = pOH che era valida per l'acqua
pura non vale piu' e si ha invece:
nel caso degli ACIDI: [H3O+] > [OH-]
[H3O+] > 10-7 M
pH < 7 (con pOH > 7 e pKW sempre uguale a 14)
nel caso delle BASI: [OH-] > [H3O+]
[OH-] > 10-7 M
pOH < 7 (con pH > 7 e pKW sempre uguale a 14)
In conclusione la soluzione e':
ACIDA se ha pH < 7
NEUTRA se ha pH = 7
BASICA se ha pH > 7
Concentrazioni molari relative degli ioni [H3O+] e [OH-] a 24°C in
soluzioni acide, neutre e basiche
SOLUZIONE TAMPONE
Per soluzione tampone si intende una soluzione acquosa in
grado di mantenere pressochè inalterato il proprio pH, in
seguito all'aggiunta di moderate quantità di acidi o basi forti.
Hanno potere tampone le soluzioni contenenti:
un acido debole e il suo sale con una base forte;
una base debole e il suo sale con un acido forte
A cosa servono?
Il ricorso alle soluzioni tampone è motivato dall'esigenza primaria di mantenere il
valore del pH entro ben determinati limiti. In modo quindi da cautelarsi contro
possibili variazioni del pH causate dall'aggiunta al sistema in esame di sostanze con
proprietà acido-base più o meno spiccate, oppure dovute all'attività stessa dei
componenti del sistema.
SISTEMI TAMPONE FISIOLOGICI
Il pH dei fluidi del'organismo, in particolare del sangue, è regolato
attraverso un complesso meccanismo omeostatico. Dal punto di vista
chimico, ad esso concorrono principalmente tre sistemi tampone:
1. diidrogenofosfato - idrogenofosfato
2. acido carbonico – idrogenocarbonato
3. proteine - anioni proteinato
Il pH del sangue deve essere mantenuto entro limiti abbastanza rigidi. Il valore
normale nel sangue arterioso è 7.41: già a valori inferiori a 7.38 e superori a 7.45, i
patologi parlano rispettivamente di acidosi e alcalosi. Se queste condizioni non
vengono compensate, si può andare incontro a tutta una serie di manifestazioni
patologiche, fino al coma. Valori di pH inferiori a 7 e superiori a 7.8 sono incompatibili
con la vita.

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