Acidi e basi (Italiano)

Definizioni di acidi e basi
e ruolo dellacqua

Proprietà di acidi e basi secondo Boyle

Nel 1661 Robert Boyle riassunse le proprietà degli acidi come segue.

1. Gli acidi hanno un sapore aspro.

2. Gli acidi sono corrosivi.

3. Gli acidi cambiano il colore di alcuni coloranti vegetali, come il litmo, da blu a rosso.

4. Gli acidi perdono la loro acidità quando vengono combinati con le alcali.

Il nome “acido” deriva dal latino acidus, che significa “acido”, e si riferisce allodore acre e al sapore aspro di molti acidi.

Esempi: laceto ha un sapore aspro perché è una soluzione diluita di acido acetico in acqua. Il succo di limone ha un sapore aspro perché contiene acido citrico. Il latte diventa acido quando si deteriora perché si forma acido lattico e lodore sgradevole e aspro della carne marcia o del burro può essere attribuito a composti come lacido butirrico che si formano quando il grasso si deteriora.

Nel 1661 Boyle riassunse le proprietà degli alcali come segue.

• Gli alcali sembrano scivolosi.
• Gli alcali cambiano il colore della cartina di tornasole da rosso a blu.
• Gli alcali diventano meno alcalini quando vengono combinati con acidi.

In sostanza, Boyle definisce gli alcali come sostanze che consumano, o neutralizzano, gli acidi. Gli acidi perdono il loro caratteristico sapore aspro e la capacità di dissolvere i metalli quando vengono mescolati con gli alcali. Gli alcali invertono persino il cambiamento di colore che si verifica quando il tornasole viene a contatto con un acido. Alla fine gli alcali divennero noti come basi perché servono come “base” per la formazione di determinati sali.

La definizione di Arrhenius di acidi e basi

Nel 1884 Svante Arrhenius suggerì che i sali come NaCl si dissociano quando si dissolvono in acqua per dare particelle chiamate ioni.

Tre anni dopo Arrhenius estese questa teoria suggerendo che gli acidi sono composti neutri che ionizzano quando si dissolvono in acqua per dare ioni H + e un corrispondente ione negativo. Secondo la sua teoria, lacido cloridrico è anacido perché ionizza quando si dissolve in acqua per dare ioni idrogeno (H +) e cloruro (Cl-) come mostrato nella figura sotto.

Arrhenius ha sostenuto che le basi sono composti neutri che si dissociano o ionizzano in acqua per dare ioni OH e ioni positivi. NaOH è una base di Arrhenius perché si dissocia in acqua per dare gli ioni idrossido (OH-) e sodio (Na +).

Un acido di Arrhenius è quindi qualsiasi sostanza che si ionizza quando si dissolve in acqua per dare lo ione H +, o idrogeno.

Una base di Arrhenius è qualsiasi sostanza che fornisce lo ione OH-, o idrossido, quando si dissolve in acqua.

Gli acidi di Arrhenius includono composti come HCl, HCN e H2SO4 che ionizzano in acqua per dare lo ione H +. Le basi di Arrhenius includono composti ionici che contengono lo ione OH, come NaOH, KOH e Ca (OH) 2.

Questa teoria spiega perché gli acidi hanno proprietà simili: Le proprietà caratteristiche degli acidi derivano dalla presenza di H + ione generato quando un acido si dissolve in acqua e spiega anche perché gli acidi neutralizzano le basi e viceversa. Gli acidi forniscono lo ione H +; le basi forniscono lo ione OH; e questi ioni si combinano per formare lacqua.

H + (aq) + OH- (aq) H2O (l)

La teoria di Arrhenius presenta diversi svantaggi .

• Può essere applicato solo a reazioni che avvengono in acqua perché definisce acidi e basi in termini di ciò che accade quando i composti si dissolvono in acqua.
• Non lo fa “t spiegare perché alcuni composti in cui lidrogeno ha un numero di ossidazione di +1 (come HCl) si dissolvono in acqua per dare soluzioni acide, mentre altri (come CH4) no.
• Solo i composti che contengono lo ione OH- possono essere classificati come basi di Arrhenius. La teoria di Arrhenius non può “spiegare perché altri composti (come Na2CO3) hanno le proprietà caratteristiche delle basi.

Il ruolo degli ioni H + e OH nella chimica delle soluzioni acquose

Poiché lossigeno (EN = 3.44) è molto più elettronegativet rispetto allidrogeno (EN = 2.20), gli elettroni negli legami HO nellacqua non sono “t condiviso equamente dallidrogeno e dagli ossigenati. Questi elettroni vengono attirati verso latomo di ossigeno nel centro della molecola e lontano dagli atomi di idrogeno su entrambe le estremità. Di conseguenza, la molecola dacqua è polare. Latomo di ossigeno trasporta una carica negativa parziale (-) e gli atomi di idrogeno una carica positiva parziale (+).

Quando si dissociano a formano ioni, le molecole dacqua formano quindi uno ione H + caricato positivamente e uno ione OH- caricato negativamente.

Può verificarsi anche la reazione opposta. Gli ioni H + possono combinarsi con gli ioni OH- per formare molecole dacqua neutre.

Il fatto che le molecole dacqua si dissociano per formare ioni H + e OH-, che possono poi ricombinarsi per formare le molecole dacqua, è indicato dalla seguente equazione.

In quale misura lacqua si dissocia per formare ioni?

A 25 ° C, la densità dellacqua è 0,9971 g / cm3 o 0,9971 g / ml. La concentrazione di acqua è quindi 55,35 molare.

La concentrazione degli ioni H + e OH- formati dalla dissociazione di molecole neutre di H2O a questa temperatura è solo 1,0 x 10-7 mol / L. Il rapporto tra la concentrazione dello ione H + (o OH-) e la concentrazione delle molecole neutre di H2O è quindi 1,8 x 10-9.

In altre parole, solo circa 2 parti per miliardo (ppb) delle molecole dacqua si dissociano in ioni a temperatura ambiente. La figura sotto mostra un modello di 20 molecole dacqua, una delle quali si è dissociata per formare una coppia di ioni H + e OH. Se questa illustrazione fosse una fotografia ad altissima risoluzione della struttura dellacqua, incontreremmo una coppia di ioni H + e OH- in media solo una volta ogni 25 milioni di tali fotografie.

La definizione operativa di acidi e Basi

Il fatto che lacqua si dissocia per formare ioni H + e OH in una reazione reversibile è la base per una definizione operativa di acidi e basi che è più potente delle definizioni proposte da Arrhenius. In senso operativo, un acido è qualsiasi sostanza che aumenta la concentrazione dello ione H + quando si dissolve in acqua. Una base è qualsiasi sostanza che aumenta la concentrazione dello ione OH quando si dissolve in acqua.

Queste definizioni legano la teoria degli acidi e delle basi a un semplice test di laboratorio per acidi e basi. Per decidere se un composto è un acido o una base, lo dissolviamo in acqua e testiamo la soluzione per vedere se la concentrazione di ioni H + o OH è aumentata.

Acidi e basi tipici

Le proprietà degli acidi e delle basi derivano dalle differenze tra la chimica dei metalli e non metalli, come si può vedere dalla chimica di queste classi di composti: idrogne, ossidi e idrossidi.

I composti che contengono idrogeno legato a un non metallo sono chiamati idruri non metallici. Poiché contengono idrogeno nello stato di ossidazione +1, questi composti possono agire come fonte dello ione H + nellacqua.

Gli idruri metallici, daltra parte, contengono idrogeno legato a un metallo. Poiché questi composti contengono idrogeno allo stato di ossidazione a-1, si dissociano in acqua per dare lo ione H- (o idruro).

Lo ione H, con la sua coppia di elettroni di valenza, può astrarre uno ione H + da una molecola dacqua.

Poiché la rimozione degli ioni H + dalle molecole dacqua è un modo per aumentare la concentrazione di ioni OH in una soluzione, gli idruri metallici sono basi.

Un modello simile può essere trovato nella chimica degli ossidi formati da metalli e non metalli. Gli ossidi non metallici si dissolvono in acqua per formare acidi. La CO2 si dissolve in acqua per dare acido carbonico, SO3 dà acido solforico e P4O10 reagisce con lacqua per dare acido fosforico.

Ossidi metallici , daltra parte, sono basi. I metaloxidi contengono formalmente lo ione O2, che reagisce con lacqua per dare una coppia di ioni OH.

Gli ossidi di metallo si adattano quindi alla definizione operativa di abbassare.

Vediamo lo stesso modello nella chimica dei composti che contengono OH, o idrossido, gruppo. Gli idrossidi metallici, come LiOH, NaOH, KOH e Ca (OH) 2, sono basi.

Idrossidi non metallici, come lacido ipocloroso (HOCl), sono acidi.

La tabella seguente riassume le tendenze osservate in queste tre categorie di composti. Idruri metallici, ossidi metallici e idrossidi metallici sono basi. Gli idruri non metallici, gli ossidi non metallici e gli idrossidi non metallici sono acidi.

Acidi e basi tipici

Gli atomi di idrogeno acidi negli idrossidi non metallici nella tabella sopra non sono legati allazoto, atomi di zolfo, orfosforo. In ciascuno di questi composti, lidrogeno acido è attaccato a un atomo di ossigeno. Questi composti sono quindi solo campioni di ossiacidi.

Le strutture scheletriche per otto ossiacidi sono riportate nella figura sottostante. Come regola generale , gli acidi che contengono ossigeno hanno strutture scheletriche in cui gli idrogeni acidi sono attaccati agli ossigenati.

• Gli acidi reagiscono con lacqua donando uno ione H + a una molecola dacqua neutra per formare lo ione H3O +.

• Le basi reagiscono con lacqua accettando uno ione H + da una molecola dacqua per formare lo ione OH.

• Le molecole dacqua possono agire come intermedi nelle reazioni acido-base ottenendo ioni H + dallacido

e quindi perdere questi ioni H + alla base.

Il modello di Brnsted può essere esteso a reazioni acido-base in altri solventi. Ad esempio, cè una piccola tendenza nella liquidammoniaca per il trasferimento di uno ione H + da una molecola NH3 a unaltra per formare gli ioni NH4 + e NH2.

Per analogia con la chimica delle soluzioni acquose , concludiamo che gli acidi nellammoniaca liquida includono qualsiasi fonte di ione NH4 + e che le basi includono qualsiasi fonte di ione NH2.

Il modello di Brnsted può essere esteso anche a reazioni che non si verificano in soluzione. Un classico esempio di reazione gas-fase-acido-base si incontra quando contenitori aperti di acido cloridrico concentrato e ammoniaca acquosa sono tenuti uno accanto allaltro . Una nuvola bianca di cloruro di ammonio si forma presto quando il gas HCl che fuoriesce da una soluzione reagisce con il gas NH3 dallaltra.

Questa reazione coinvolge il trasferimento di uno ione H + da HCl a NH3 ed è quindi una reazione acido-basica di Brnsted, anche se avviene in fase gassosa.