QUIZ DI "ACIDI E BASI" - REGIONALI CATEGORIA A

L'acido colico (HA) si dissocia in ione idrogeno (H⁺) e ione colato (A^‒) secondo l'equazione:

HA → H⁺ + A^‒

La costante di dissociazione acida (K_a) per questa reazione è data da:

K_a = [H⁺][A^‒]/[HA]

Dove:

• [H⁺] è la concentrazione di ioni idrogeno,
• [A^‒] è la concentrazione di ioni colato,
• [HA] è la concentrazione di acido colico.

Inizialmente, supponiamo che la concentrazione di HA sia C. Dopo la dissociazione, la concentrazione di H⁺ e A^‒ sarà x. Quindi, l'equazione di K_a diventa:

K_a = x² / C - x

La solubilità dell'acido colico è data come 2,70 × 10^-4 M, quindi C = 2,70 × 10^-4 M.

Risolvendo l'equazione di K_a per x, otteniamo:

x² = K_a × C

x = √K_a × C

Sostituendo i valori noti:

x = √(2,51 × 10^-5) × (2,70 × 10^-4)

x ≈ 8,23 × 10^-5

La concentrazione di ioni idrogeno ([H⁺]) è quindi 8,23 × 10^-5 M. Per calcolare il pH, utilizziamo la relazione:

pH = -log([H⁺])

pH = -log(8,23 × 10^-5)

pH ≈ 4,08

Quindi, la risposta corretta è A) 4,08.

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Per risolvere questo problema, dobbiamo considerare la dissociazione dell'acido fosforico (H₃PO₄) e la sua reazione con l'acqua per formare ioni idrogeno (H⁺) e ioni fosfato (H₂PO₄^- e HPO₄^2-).

La reazione di dissociazione dell'acido fosforico è la seguente:

H₃PO₄ → H⁺ + H₂PO₄^-

Ora, possiamo scrivere l'espressione per la costante di dissociazione acida (Ka) per questa reazione:

Ka = [H⁺][H₂PO₄^-] / [H₃PO₄]

Dove:

• [H⁺] è la concentrazione di ioni idrogeno (H⁺),
• [H₂PO₄^-] è la concentrazione di ioni idrogeno fosfato, e
• [H₃PO₄] è la concentrazione di acido fosforico.

Ora, la domanda afferma che vogliamo che [H₃PO₄] sia uguale a [H₂PO₄^-]. In altre parole, vogliamo che la concentrazione di acido fosforico sia uguale alla concentrazione di ione idrogeno fosfato.

Per farlo, possiamo utilizzare la relazione delle soluzioni tampone, che è:

pH = pKa - log([HA]/[A^-])

In questo caso, [H₃PO₄] è l'HA e [H₂PO₄^-] è l'A^-. Poiché vogliamo che [H₃PO₄] sia uguale a [H₂PO₄^-], otteniamo:

pH = pKa

Ora, dobbiamo trovare il pKa dell'acido fosforico. Il valore di pKa per H₃PO₄ è noto ed è circa 7,5. Quindi, pH = 7,5.

Ora, per ottenere [H⁺], che è la concentrazione di ioni idrogeno (H⁺), possiamo usare l'equazione:

[H⁺] = 10^(-pH)

[H⁺] = 10^(-7,5)

[H⁺] ≈ 3,16 x 10^(-8) M

Tuttavia, la domanda chiede il valore della concentrazione idrogenionica [H⁺] in notazione scientifica, quindi la risposta corretta è la C) 7,5 x 10^(-8) M, che è approssimato a 7,5 x 10^(-8) M in notazione scientifica.

La scelta del tampone di pH in biologia, che simula le condizioni fisiologiche, si basa sulla sua capacità di mantenere il pH stabile. Nel caso specifico, si utilizza un tampone contenente principalmente fosfati di sodio, come NaH₂PO₄ e Na₂HPO₄. La giusta combinazione di questi due sali permette di mantenere il pH a valori fisiologici.

La risposta corretta è la B, e vediamo il motivo:

B) L'anione diidrogeno fosfato (HPO₄^2-) presenta una costante di acidità (pKa) con un valore vicino a 7,21. Questo significa che a pH 7,21, metà degli ioni HPO₄^2- si dissociano in ioni H⁺ e PO₄^3-. Questo è un punto critico perché si trova vicino al pH del sangue e di molti fluidi biologici, che è intorno a 7,4. Quando il tampone viene sottoposto a cambiamenti di pH, la presenza di HPO₄^2- agisce come un sistema di regolazione, aiutando a prevenire variazioni eccessive del pH.

In sostanza, il tampone di fosfato di sodio è in grado di mantenere il pH a livelli fisiologici grazie alla capacità di HPO₄^2- di funzionare come un acido debole/base debole in un intervallo di pH vicino a quello dei fluidi biologici.