Calcolatore della percentuale di ionizzazione
Dati di input
| Costante di dissociazione acida | 1,8e-5 |
|---|---|
| Concentrazione iniziale | 0,1 M |
Calcolatore della percentuale di ionizzazione
Trova la percentuale di ionizzazione di un acido monoprotico debole a partire dalla sua costante di dissociazione acida Ka e dalla concentrazione iniziale. Risolve Ka = x²/(c − x) in modo esatto per la concentrazione di ioni idrogeno, poi riporta la percentuale ionizzata insieme a [H⁺] e pH.
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Dettagli
Cosa indica la percentuale di ionizzazione
Un acido monoprotico debole non si dissocia completamente in acqua. Si trova a un equilibrio:
HA⇌H++A−La percentuale di ionizzazione misura quanto quell'equilibrio è spostato verso destra, ossia quale quota delle molecole di acido disciolte ha effettivamente liberato il proprio protone. Un acido forte è ionizzato essenzialmente al 100%; un acido debole di solito si ionizza solo da una frazione di percento a pochi percento.
| Simbolo | Grandezza | Unità |
|---|---|---|
| Ka | Costante di dissociazione acida | adimensionale |
| c | Concentrazione iniziale | mol/L |
| [H⁺] | Concentrazione di ioni idrogeno all'equilibrio | mol/L |
| α | Percentuale di ionizzazione | % |
L'equilibrio esatto
Sia all'equilibrio, lasciando di acido indissociato. La costante di dissociazione acida è:
Ka=c−xx2Riordinando in un'equazione di secondo grado e prendendo la radice fisicamente significativa (positiva) si ottiene un'espressione esatta per la concentrazione di ioni idrogeno:
[H+]=2−Ka+Ka2+4KacLa percentuale di ionizzazione e il pH seguono poi direttamente:
α=c[H+]×100pH=−log10[H+]Questo calcolatore risolve l'equazione di secondo grado in modo esatto, quindi resta accurato anche dove la scorciatoia comune devierebbe.
Esempio svolto
L'acido acetico ha . Prepara una soluzione 0,10 mol/L. Quanto è ionizzata?
[H+]=2−1.8×10−5+(1.8×10−5)2+4(1.8×10−5)(0.10)≈1.33×10−3 mol/L α=0.101.33×10−3×100≈1.33%pH=−log10(1.33×10−3)≈2.87Quindi solo circa l'1,3% delle molecole di acido acetico si è dissociato; il resto rimane intatto in soluzione.
Perché la diluizione aumenta la percentuale di ionizzazione
È una nota stranezza degli acidi deboli: diluire la soluzione aumenta la percentuale di ionizzazione, anche se la concentrazione assoluta di ioni idrogeno cala. Aggiungere acqua abbassa la concentrazione di ogni specie disciolta, e per il principio di Le Chatelier l'equilibrio si sposta verso il lato con più particelle disciolte — il lato ionizzato — per opporsi in parte al cambiamento.
L'approssimazione coglie l'andamento: la percentuale di ionizzazione scala con . Riduci la concentrazione di dieci volte e la percentuale ionizzata cresce di circa volte. Abbassa la concentrazione nel calcolatore per vedere la cifra salire.
Gli acidi più forti si ionizzano di più
A concentrazione fissa, più grande è il di un acido, maggiore è la sua percentuale di ionizzazione. L'acido formico () ha un circa dieci volte quello dell'acido acetico e si ionizza in misura sensibilmente maggiore nella stessa diluizione. Spingendosi abbastanza in là — fino agli acidi forti come HCl, dove la dissociazione è di fatto completa — la percentuale di ionizzazione si avvicina semplicemente al 100% e il trattamento all'equilibrio non serve più.
Domande frequenti (FAQ)
Come si calcola la percentuale di ionizzazione?
Per un acido monoprotico debole HA ⇌ H⁺ + A⁻, imposta l’equilibrio con x = [H⁺] = [A⁻] e acido indissociato c − x. La costante di dissociazione acida è Ka = x²/(c − x). Risolvendo esattamente questa equazione di secondo grado si ottiene x = (−Ka + √(Ka² + 4·Ka·c)) / 2. La percentuale di ionizzazione è quindi α = ([H⁺]/c) × 100. Questo calcolatore usa l’equazione di secondo grado esatta, quindi resta accurato anche quando l’approssimazione comune x ≈ √(Ka·c) verrebbe meno. Per esempio, l’acido acetico (Ka = 1,8 × 10⁻⁵) a 0,10 mol/L è ionizzato per circa l’1,33%.
Che cosa significa percentuale di ionizzazione?
La percentuale di ionizzazione è la frazione delle molecole di un acido debole che si è effettivamente scissa in ioni all’equilibrio, espressa in percentuale. Un acido forte è ionizzato di fatto al 100%: ogni molecola cede il proprio protone. Un acido debole si dissocia solo in parte, quindi una soluzione di acido acetico 0,10 mol/L si attesta intorno all’1,33%: la grande maggioranza dell’acido acetico resta come molecole intatte e indissociate. Più grande è il Ka di un acido, più alta è la sua percentuale di ionizzazione a una data concentrazione.
Perché la percentuale di ionizzazione aumenta diluendo un acido debole?
Diluire un acido debole aumenta la sua percentuale di ionizzazione, anche se la [H⁺] assoluta diminuisce. Il motivo è il principio di Le Chatelier: aggiungere acqua abbassa la concentrazione di tutte le specie disciolte, e l’equilibrio HA ⇌ H⁺ + A⁻ si sposta verso il lato con più particelle disciolte — il lato ionizzato — per contrastare in parte la diluizione. Matematicamente, nell’approssimazione α ≈ √(Ka/c), la percentuale ionizzata scala con 1/√c, quindi ridurre la concentrazione di dieci volte aumenta la percentuale di ionizzazione di circa √10 ≈ 3,2 volte. Prova ad abbassare la concentrazione nel calcolatore per vedere l’effetto.
Come differiscono acidi forti e deboli nella ionizzazione?
Un acido forte come HCl o HNO₃ si dissocia essenzialmente in modo completo in acqua, quindi la sua percentuale di ionizzazione è vicina al 100% e la sua [H⁺] è uguale alla sua concentrazione formale. Un acido debole come l’acetico, il formico o il fluoridrico ha un Ka piccolo e si ionizza solo in parte, spesso da una frazione di percento a pochi percento alle concentrazioni tipiche. Questo calcolatore è pensato per acidi monoprotici deboli, dove serve la soluzione esatta dell’equilibrio; per un acido forte la percentuale di ionizzazione si assume semplicemente pari al 100%.
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Calcola pH, pOH, [H⁺] e [OH⁻] di una soluzione. Inserisci la concentrazione di ioni idrogeno, quella di ioni idrossido, il pH o il pOH e ottieni le altre tre grandezze a 25 °C.