Il pH di una soluzione tampone viene facilmente calcolato con l'equazione di Henderson-Hasselbach...
pH = pKa + log Cs/Ca
Il potere tamponante di una soluzione è massimo quando l'acido debole e il suo sale con una base forte hanno la medesima concentrazione.
In questo caso...
Cs/Ca = 1
log Cs/Ca = 0
pH = pKa = 4.74
Per aggiunta di HCl, secondo il principio di Le Chatelier, il sistema reagisce al perturbamento dell'equilibrio tendendo a minimizzarlo.
L'aggiunta di HCl porta l'aumento della concentrazione idrogenionica: ciò significa che il sistema reagisce tendendo a minimizzare l'aumento deglio ioni H3O+... come fa?
HCl + H2O <---> Cl- + H3O+
CH3COO- + H3O+ <---> CH3COOH + H2O
Il sistema consuma ioni acetato e produce acido acetico.
Di conseguenza diminuiscono le moli (e quindi la concentrazione) di acetato e aumentano quelle di acido acetico.
[CH3COOH] = [ 0,1 mol/L * 0,1 L + 0,1 mol/L * 0,020 L ] / 0,120 L = 0.1 mol/L concentrazione finale di acido acetico
[CH3COO-] = [ 0,1 mol/L * 0,1 L - 0,1 mol/L * 0,020 L ] / 0,120 L = 0.067 mol/L concentrazione finale di acetato
Dopo l'aggiunta di HCl, il pH della soluzione finale sarà...
pH = pKa + log (0,067)/(0,1) = 4.57
Il pH è variato di appena 0.17 punti.
Se non ci fosse stato il tampone, l'aggiunta della medesima quantità di HCl a 100 mL ad una soluzione a pH 4,74 avrebbe determinato un valore finale di pH pari a
0.1 mol/L * 0,020 L / 0,120 = 1.67E-2 mol/L concentrazione di HCl nella soluzione finale
pH = - log (1.67E-2) = 1.78
Supponendo quindi di partire da una soluzione, a pH 4,74 in cui non sono presenti sostanze in grado di tamponare l'aggiunta di HCl, si sarebbe avuto, per la medesima aggiunta di HCl, una variazione di pH di ben 2.96 punti!