CO2 e carbonati – Elementi di chimica

La costante di dissociazione e quella di idratazione

Prima di arrivare al famoso effetto tampone, abbiamo bisogno di introdurre il concetto di costante di dissociazione acida.

Abbiamo detto che gli acidi si dissociano liberando ioni H⁺.

Questo processo avviene anche in senso inverso: gli ioni si ricompongono formando di nuovo l’acido, e si instaura un equilibrio di dissociazione.

Dato un acido con una formula del tipo HA, questo si dissocia secondo la seguente reazione:

HA ↔ H⁺ + A^–

Lo ione A^– viene anche chiamato base coniugata.

Questa reazione è regolata da una costante, detta costante di dissociazione acida (Ka), che è definita come:

Ovvero il prodotto delle concentrazioni dei due ioni, diviso la concentrazione dell’acido non dissociato.

Attenzione: quando parliamo di concentrazione di ioni H⁺ stiamo semplificando. In realtà intendiamo ioni H₃O⁺.

Ka è un numero che dipende principalmente dalla temperatura, ed ha un valore specifico per ogni acido.

La costante di dissociazione ci permette di distinguere acidi forti e acidi deboli:

• i primi, in soluzione, si dissociano quasi totalmente, e la loro costante di dissociazione è un numero molto alto;
• i secondi si dissociano solo parzialmente, e la loro costante di dissociazione è un numero molto piccolo.

Nel caso dell’acido carbonico, che è un acido debole, abbiamo

che vale circa 2,5×10^-4 a temperatura ambiente.

Usando questa formula possiamo fare qualche calcolo interessante, ad esempio:

quante molecole di acido carbonico abbiamo per ogni ione HCO₃^–, ad un dato pH?

È sufficiente invertire, e otterremo:

Quindi, a pH neutro, avremo una molecola di acido carbonico ogni 2500 di HCO₃^–.

Abbiamo visto che anche lo ione bicarbonato può dissociarsi:

HCO₃^–  ↔ H⁺ + CO₃^2–

E anche in questo caso abbiamo una costante di dissociazione:

che vale circa 4,69×10⁻¹¹.

Con qualche passaggio matematico, possiamo calcolare la concentrazione relativa fra acido carbonico, ione bicarbonato e ione carbonato in funzione del pH:

Un’altra formuletta che ci interessa è quella che regola l’equilibrio tra CO₂ disciolta e acido carbonico.
Anche qui abbiamo una costante di equilibrio tra le due specie ma, in questo caso, si chiama costante d’idratazione, che è definita come:

e che vale circa 1.7×10⁻³.
Il che significa che avremo 17 molecole di acido carbonico ogni 10000 molecole di CO₂ disciolte.

Notate che, nonostante l’acido carbonico sia una piccolissima parte della CO₂ disciolta, è proprio questa piccola parte che, da sola, provoca l’acidificazione dell’acqua.