Acidi e Basi
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Acidi e BasiAcidi e BasiAcido è una parola che deriva dal Acido è una parola che deriva dal
latino “acetum” (aceto). Col tempo la latino “acetum” (aceto). Col tempo la parola si è estesa a tutte le sostanze che parola si è estesa a tutte le sostanze che hanno un analogo sapore “acidulo”. hanno un analogo sapore “acidulo”.
Basi o alcali Basi o alcali (dall’arabo (dall’arabo al kali = la al kali = la cenere delle piantecenere delle piante) ) sono le sostanze in sono le sostanze in grado di neutralizzare gli acidi.grado di neutralizzare gli acidi.
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Nel 1810 Humphry Davy dimostrò Nel 1810 Humphry Davy dimostrò che l’acido cloridrico (detto allora che l’acido cloridrico (detto allora muriaticomuriatico) era formato solo da cloro ) era formato solo da cloro e idrogeno. Da allora fu accettata e idrogeno. Da allora fu accettata l’idea che gli acidi fossero l’idea che gli acidi fossero caratterizzati dalla presenza caratterizzati dalla presenza d’idrogeno nella molecola.d’idrogeno nella molecola.
Humpry DavyHumpry Davy1778-18291778-1829
LavoisierLavoisier pensava che un acido pensava che un acido fosse caratterizzato da molecole fosse caratterizzato da molecole contenenti ossigenocontenenti ossigeno((oxys genesoxys genes = generatore d’acido).= generatore d’acido).
Antoine LavoisierAntoine Lavoisier1743-17941743-1794
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acidi e basi sono composti che acidi e basi sono composti che in acqua danno luogo a in acqua danno luogo a dissociazione elettrolitica dissociazione elettrolitica liberando rispettivamente ioni liberando rispettivamente ioni HH++ e OH e OH--::
Acido Acido H H++((aqaq) + ...) + ...Base Base OH OH--((aqaq) + ...) + ...
Neutralizzazione acido-base:Neutralizzazione acido-base:HH++((aqaq) + OH) + OH--((aqaq) ) HH22OO((ll) )
Svante August Arrhenius Wijk (Svezia), 1859 – Stoccolma, 1927
Premio Nobel per la Chimica 1903
Definizione di Arrhenius (1887)Definizione di Arrhenius (1887)
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Un acido ed una base si dicono forti quando sono completamente dissociati .
che in forma ionica si può esprimere:
H+(aq) + Cl-(aq) + K+(aq) + OH-(aq) K+(aq) + Cl-(aq) + H2O
Le reazioni di neutralizzazione sono reazioni tra acidi e basi:
HCl + KOH KCl + H2O
che semplificata equivale a
H+(aq) + OH-(aq) H2O (equazione ionica netta)
Il concetto di Arrhenius non si può applicare in solventi diversi dall’acqua.
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Insufficienza della definizione di Insufficienza della definizione di Arrhenius:Arrhenius:
Molte basi, come per Molte basi, come per esempio esempio l’ammoniaca, l’ammoniaca, NHNH33, non , non possonopossono formare OH formare OH--(aq) per (aq) per ddissociazione elettrolitica. La issociazione elettrolitica. La reazione acido-base deve essere reazione acido-base deve essere quindi quindi di tipo diverso.di tipo diverso.
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Acido = donatore di protoni, Acido = donatore di protoni, HH++
Base = accettore di protoni,Base = accettore di protoni, HH++
Definizione di Definizione di BrBrøønsted e Lowry (1923)nsted e Lowry (1923)
(per acidi e basi in soluzion(per acidi e basi in soluzionee aacquoscquosaa))
Johannes Nicolaus Brønsted1879-1947
Thomas Martin Lowry1874-1936
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HNOHNO33((aqaq) + ) + HH22O(O(ll)) ⇄⇄ NONO22--((aqaq)) + H + H33OO++
((aqaq))acido 1acido 1 base 1base 1 acido 2acido 2base 2base 2
acido acido nitriconitricoacido acido nitriconitrico
ione ione nitritonitrito
ione idronioione idronio
““coppie acido-base coniugati”coppie acido-base coniugati”
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NHNH33((aqaq)) + H + H22O(O(ll) ) ⇄⇄ NH NH44++((aqaq) + ) + OHOH--
((aqaq))base 1 acido 1 base 2acido 2
ammoniacammoniacaa
ione ione ammonioammonio
ione ione ossidrileossidrile
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acido e base coniugataacido e base coniugata
Ka =
[ H3O+ ] [NH3]
[NH4+ ]
NH4+ + H2O H3O+ + NH3 NH3 + H2O OH- + NH4
+
Kb =
[ OH- ] [NH4+]
[NH3]
Ka Kb =
[ H3O+ ] [NH3] [ OH- ] [NH4+]
[NH4+] [NH3]
=Kw= [ H3O+ ] [ OH- ]
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La forza di acidi e basi
Sono considerati forti gli acidi e le basi che in acqua sono completamente dissociati, ovvero con equilibrio fortemente spostato verso destra.
Ad esempio:
HCl(HCl(aqaq) + ) + HH22O(O(ll)) ⇄⇄ ClCl--((aqaq)) + H + H33OO++
((aqaq))NaOH(NaOH(aqaq)) + H + H22O(O(ll) ) ⇄⇄ NaNa++((aqaq) + ) + OHOH--
((aqaq))In entrambi gli esempi l’equilibrio è fortemente spostato verso destra: tutte le molecole di acido cloridrico e idrossido di sodio risultano in pratica dissociate.
Di conseguenza, una mole di HCl forma 1 mole di H+ e 1 mole di NaOH forma una mole di OH-.
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La forza di acidi e basi
Sono considerati deboli gli acidi e le basi che in acqua sono parzialmente dissociati, ovvero con equilibrio spostato verso sinistra.
Ad esempio:
HH22S(S(aqaq) + ) + HH22O(O(ll)) ⇄⇄ HSHS--((aqaq)) + H + H33OO++
((aqaq))NHNH33((aqaq)) + H + H22O(O(ll) ) ⇄⇄ NHNH44
++((aqaq) + ) + OHOH--
((aqaq))In entrambi gli esempi l’equilibrio è spostato verso sinistra: solo una parte delle molecole di acido solfidrico e ammoniaca risultano dissociate.
Di conseguenza, una mole di H2S NON forma 1 mole di H+ e 1 mole di NH4 NON forma una mole di OH-.
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Quanto più forte è l’acido o la base, e quindi l’equilibrio è spostato a destra, tanto più saranno deboli la base coniugata e l’acido coniugato corrispondente.Viceversa, quanto più debole è l’acido o la base, e quindi l’equilibrio è spostato a sinistra, tanto più saranno forti la base coniugata e l’acido coniugato corrispondente.
La forza di acidi e basi
HNOHNO33((aqaq) + ) + HH22O(O(ll)) ⇄⇄ NONO22--((aqaq)) + H + H33OO++
((aqaq))acido acido forteforte base coniugata debolebase coniugata debole
HCN(HCN(aqaq) + ) + HH22O(O(ll)) ⇄⇄ CNCN--((aqaq)) + H + H33OO++((aqaq))
acido acido deboledebole base coniugata fortebase coniugata forte
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HClOHClO33((aqaq) + H) + H22O(O(ll) ) ⇄⇄ ClO ClO33--((aqaq) + H) + H33OO++
((aqaq))
][
][ ][K
3
33
HClO
OHClOa
NHNH33((aqaq) + H) + H22O(O(ll) ) ⇄⇄ NH NH44++((aqaq) + OH) + OH--
((aqaq))
][
][ ][K
3
4
NH
OHNHb
Costanti di ionizzazione acida e basica
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La forza di un acidoLa forza di un acido
La forza di un acido è determinata dalla costante di dissociazione acida
Ka = [H3O+]x[A-]
[HA]Tanto maggiore sarà il valore della costante e tanto piu’
l’acido sarà propenso a dissociarsi in soluzione, liberando ioni H+
HA + H2O H3O+ + A-
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Acido e base coniugataAcido e base coniugata
Tanto piu’ un acido è forte, tanto piu’ sarà debole la sua base coniugata
HCl Cl-
HCN CN-
CH3COOH CH3COO-
H2CO3 HCO3-
NH4+ NH3
H2OOH-
OH- = idrossidi ionici, es: NaOH, Ca(OH)2, KOH
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2 H2 H22O(O(ll) ) ⇄⇄ H H33OO++((aqaq) + OH) + OH--
((aqaq) )
Autoprotonazione dell’acquaAutoprotonazione dell’acqua
++--
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2 H2 H22O(O(ll) ) ⇄⇄ H H33OO++((aqaq) + OH) + OH--
((aqaq) )
A 25°C si ha A 25°C si ha KKww = 10 = 10-14-14
Soluzione neutra: [HSoluzione neutra: [H33OO++] = [OH] = [OH--]]Soluzione acida: [HSoluzione acida: [H33OO++] > [OH] > [OH--]]Soluzione basica: [HSoluzione basica: [H33OO++] < [OH] < [OH--]]
KKww = [H = [H33OO++] [OH] [OH--]]
Autoprotonazione dell’acquaAutoprotonazione dell’acqua
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Soluzione neutra: Soluzione neutra:
Soluzione acida:Soluzione acida:
Soluzione basica:Soluzione basica:
wK ]OH[ ]OH[ 3
ww K ]OH[ ;K ]OH[ 3
ww K ]OH[ ;K ]OH[ 3
KKww = [H = [H33OO++] ] [OH[OH--]]
![Page 19: Acidi e Basi](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081420/568143c1550346895db04f3e/html5/thumbnails/19.jpg)
a 25°Ca 25°C
[H[H33OO++] > [OH] > [OH--] ] [H[H33OO++] < [OH] < [OH--] ]
100 10-2 10-4 10-610-1 10-3 10-5 10-7 10-8 10-10 10-12 10-1410-9 10-11 10-13
Kw
[H[H33OO++]]
soluzione acidasoluzione acida
[H[H33OO++] > ] > 1010-7-7
[OH[OH--]] < 10 < 10-7-7
soluzione basicasoluzione basica
[H[H33OO++] ] << 1010-7-7
[OH[OH--]] > 10 > 10-7-7
soluzionesoluzioneneutraneutra
[H[H33OO++] ] = = [OH[OH--]] = = 1010-7-7
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I logaritmi, questi I logaritmi, questi sconosciutisconosciuti
log A= B 10B= A
log 107= 7
log 1= 0
log 10-3= -3
1= 100
log AxB= logA + logB log 3,2x10-3= log 3,2 - 3
log 1/A= - logA log 1/10-7 =-(log 10-7)= -(-7)=7
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Il pH e la sua scalaIl pH e la sua scala
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a 25°Ca 25°C
100 10-2 10-4 10-610-1 10-3 10-5 10-7 10-8 10-10 10-12 10-1410-9 10-11 10-13
Kw
[H[H33OO++]]
soluzione acidasoluzione acida
pH < 7pH < 7pOHpOH >> 7 7
soluzione basicasoluzione basica
pH > 7pH > 7pOHpOH << 77
soluzionesoluzioneneutraneutra
pH pH = = pOHpOH = = 7 7
pH = -logpH = -log1010[H[H33OO++]] pOH = -pOH = -loglog1010[OH[OH--]]
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HH33OO++((aqaq) + OH) + OH--((aqaq) ) ⇄ ⇄ 2 2 HH22O(O(ll))
]] [OHO[HKK -
w
3
11
2 H2 H22O(O(ll) ) ⇄⇄ H H33OO++((aqaq) + OH) + OH--
((aqaq) ) ]OH[ ]OH[Kw 3
HH ° < 0° < 0
HH ° > 0° > 0
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lnlnKKww
1/T1/T
HH ° > 0° > 0
1/T1/T
1010-14-14
1010-13-13
1010-15-15
1010-16-16
25°C25°C
Soluzione neutra: Soluzione neutra: w10w3 logpH;]OH[]OH[ K K
A 25°C: pH = 7; a T < 25°C: pH > 7; a T > 25°C: pH < 7A 25°C: pH = 7; a T < 25°C: pH > 7; a T > 25°C: pH < 7
T > 25°CT > 25°C
T < 25°CT < 25°C
2 H2 H22O(O(ll) ) ⇄⇄ H H33OO++((aqaq) + OH) + OH--
((aqaq) )
![Page 25: Acidi e Basi](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081420/568143c1550346895db04f3e/html5/thumbnails/25.jpg)
Il pH
[H3O+]pH = - Log [H3O+]
ACQUA PURA, T=25 °C[H3O+] = 1 x 10-7
pH = 7
[OH-]pOH = - Log [OH-]
pKw = - Log (Kw)
ACQUA PURA, T=25 °C[OH-] = 1 x 10-7
pOH = 7
Kw = [H3O+][OH-] = 10-7·10-7 = 1 x 10-14
-Log (Kw) = -Log {[H3O+][OH-]}= -Log [H3O+] - Log [OH-]pKw = pH + pOH = 14
![Page 26: Acidi e Basi](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081420/568143c1550346895db04f3e/html5/thumbnails/26.jpg)
Acido debole (Acido debole (KKaa < 1) in < 1) in concentrazione cconcentrazione caa
HA(HA(aqaq) + H) + H22O(O(ll) ) ⇄⇄ A A--((aqaq) + H) + H33OO++
((aqaq)) (c(caa – x) – x) xx xx
]HA[]OH[ ]A[
Ka
3
)xc(x
Ka
a
2
Se l’acido è così debole che x << cSe l’acido è così debole che x << caa, allora:, allora:
aacK][A]O[H 3
![Page 27: Acidi e Basi](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081420/568143c1550346895db04f3e/html5/thumbnails/27.jpg)
Base debole (Base debole (KKbb < 1) in < 1) in concentrazione cconcentrazione cbb
BB((aqaq) + H) + H22O(O(ll) ) ⇄⇄ BHBH++((aqaq) + ) + OHOH--
((aqaq)) (c(cbb – x) – x) xx xx
Se la base è così debole che x << cSe la base è così debole che x << cbb, allora:, allora:
]B[]OH[ ]BH[
Kb
)xc(
xK
bb
2
bbcK][BH][OH
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L’Altalena Coniugata
HA(aq) + H2O(l) ⇄⇄ A-(aq) + H3O+
(aq)
A-(aq) + H2O(l) ⇄⇄ HA(aq) + OH-(aq)
][
][ ][K 3
HA
OHAa
][
][ ][K
A
OHHAb
wba OHOHA
OHHA
HA
OHAK][][
][
][ ][
][
][ ][KK 3
3
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L’Altalena Coniugata
BOH(aq) ⇄⇄ B+(aq) + OH-(aq)
B+(aq) + H2O(l) ⇄⇄ BOH(aq) + H+(aq)
][
][ ][K
BOH
OHBb
][
][ ][K
B
HBOHa
wab HOHB
HBOH
BOH
OHBK][][
][
][ ][
][
][ ][KK
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wba KKK
14KpK wba pKp
L’Altalena Coniugata
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Gli Acidi e le Basi PoliproticheDefiniamo ACIDO POLIPROTICO, secondo Brønsted . Lowry, un acido in grado di cedere più di un protone, H+. Definiamo BASE POLIPROTICA, secondo Brønsted . Lowry, una base in grado di accettare più di un protone.
H2CO3(aq) + H2O(l) ⇄⇄ HCO3-(aq) + H3O+(aq)
][
][ ][K
32
331 COH
OHHCOa
HCO3-(aq) + H2O(l) ⇄⇄ CO3
2-(aq) + H3O+(aq)][
][ ][K
3
32
32
HCO
OHCOa
H2CO3(aq) + 2H2O(l) ⇄⇄ CO32-(aq) + 2H3O+(aq) 21 KKK aaa
][
][ ][
][
][ ][
][
][ ][
32
23
23
3
32
3
32
33
COH
OHCO
HCO
OHCO
COH
OHHCOKa
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Si calcolino il pH ed il pOH di una soluzione acquosa 1.00 x 10-4 M di HClO4
HClO4 è un acido forte con Ka > 1 quindi in H2O si dissocia completamente:
[H3O+] derivante dall’acido = CHClO4= 1.00 x 10-4 M
pH = -log 1.00 x 10-4 = 4
poiché [H3O+] [OH-] = 1.0 x 10-14 M risulta che:
[OH-] = 1.0 x 10-14/1.0 x 10-4 = 1.0 x 10-10 MpOH = 10.0
Si noti che pH + pOH = pKw= 14
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Nel problema non si è tenuto conto del contributo degli ioni H3O+ derivanti dalla
dissociazione dell’H2O
Si verifica a posteriori che l’approssimazione fatta sia lecita:
dato che la [OH-] = 10-10 M deriva dalla dissociazione delle molecole di H2O, la [H3O+] derivante dalla
medesima dissociazione sarà uguale, cioè pari a 10-10 M
Questa concentrazione è trascurabile rispetto alla concentrazione di [H3O+] derivante dall’acido (10-4 M)
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Si calcoli il pH di una soluzione 1.00 x 10-7 M di HClO4
HClO4 è un acido forte con Ka > 1 quindi in H2O si dissocia completamente:
CH3O+ derivante dall’acido = CHClO4= 1.00 x 10-7 M
tale concentrazione è paragonabile alla dissociazione delle molecole di H2O che quindi
contribuirà al pH della soluzione:
[H3O+] = 1.00 x 10-7 + x
dove x è la concentrazione di H3O+ , e quindi anche di OH-, derivante dalla dissociazione del solvente
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quindi:Kw = (1.00 x 10-7 + x) x = 1.0 x 10-14
x = 0.62 x 10-7 M
la concentrazione totale di [H3O+] = 1.62 x 10-
7 M
pH = 6.79
Si noti che il pH è acido come atteso
Solo quando gli ioni H3O+ derivanti da un acido sono in concentrazione < 10-6 M
occorre tenere conto del contributo della dissociazione dell’acqua al pH
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NaCl(NaCl(ss) ) Na Na++((aqaq) + Cl) + Cl--((aqaq))
ClCl-- è la base coniugata di è la base coniugata di HCl, ma quest’ultimo è un HCl, ma quest’ultimo è un acido così forte che Clacido così forte che Cl-- è è una base con forza una base con forza praticamente nullapraticamente nulla
IDROLISI DEI SALIIDROLISI DEI SALI(reazioni acido(reazioni acido--base degli ioni formati per base degli ioni formati per
dissociazione elettrolitica)dissociazione elettrolitica)
in acqua non in acqua non dàdàreazioni acido-basereazioni acido-base
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Per una coppia acido-base Per una coppia acido-base coniugati si ha:coniugati si ha:
KKa a XX KKbb = K = Kww
]NH[]OH[ ]NH[
Ka
4
33
]NH[]OH[ ]NH[
Kb3
4
][
][ ][
][
][ ][KK
4
33
3
4
NH
OHNH
NH
OHNHba
Per esempio, per la coppia NHPer esempio, per la coppia NH44++/NH/NH33::
wK]OH][OH[ 3
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NaNONaNO22((ss) ) Na Na++((aqaq) + NO) + NO22--((aqaq))
NONO22-- è la base coniugata di è la base coniugata di
HNOHNO22, e quest’ultimo è un , e quest’ultimo è un acido debole quindi…acido debole quindi…
NONO22--((aqaq) + H) + H22O(O(ll) ) ⇄⇄ HNO HNO22((aqaq) + OH) + OH--((aqaq))
]NO[]OH[ ]HNO[
Kb
2
2
IDROLISI BASICAIDROLISI BASICA
sb cKOH ][a
wb K
KK
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NHNH44Cl(Cl(ss) ) NH NH44++((aqaq) + Cl) + Cl--
((aqaq))NHNH44
++ è l’acido coniugato di è l’acido coniugato di NHNH33, e quest’ultimo è una , e quest’ultimo è una base debole quindi…base debole quindi…
NHNH44++((aqaq) + H) + H22O(O(ll) ) ⇄⇄ NH NH33((aqaq) + H) + H33OO++
((aqaq))
]NH[]OH[ ]NH[
Ka
4
33
IDROLISI ACIDAIDROLISI ACIDA
sa cKH ][b
wa K
KK
![Page 40: Acidi e Basi](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081420/568143c1550346895db04f3e/html5/thumbnails/40.jpg)
Quando in una soluzione sono presenti sia Quando in una soluzione sono presenti sia un acido debole che la sua base un acido debole che la sua base coniugata…coniugata…
)xc(x)xc(
]HClO[]OH[ ]ClO[
Ka
ba
3
se x << ca e x << cbb
aa
a
ba c
cK]OH[ ;
c]OH[c
K
33
Ad esempio, una soluzione di acido Ipocloroso (HClO, concentrazione ca) e Ipoclorito di sodio (NaClO, concentrazione cb), formerà il seguente equilibrio:
HClO(HClO(aqaq) + H) + H22O(O(ll) ) ⇄⇄ ClO ClO--((aqaq) + H) + H33OO++
((aqaq))ccaa ccbb
con con ccaa e e ccbb in quantità paragonabili in quantità paragonabili
xx+x+x-x-x
![Page 41: Acidi e Basi](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081420/568143c1550346895db04f3e/html5/thumbnails/41.jpg)
Un soluzione con un acido debole e la Un soluzione con un acido debole e la sua base coniugata, con csua base coniugata, con caa e c e cbb in in
quantità paragonabili, è un quantità paragonabili, è un tamponetampone..
ccaaccbb
L’aggiunta di una piccola quantità di acido sposta la reazione a destraL’aggiunta di una piccola quantità di acido sposta la reazione a destra
L’aggiunta di una piccola quantità di base sposta la reazione a sinistraL’aggiunta di una piccola quantità di base sposta la reazione a sinistra
Il pH non cambia molto in ambedue i casiIl pH non cambia molto in ambedue i casi
NHNH33((aqaq) + H) + H22O(O(ll) ) ⇄⇄ NH NH44++((aqaq) + OH) + OH--
((aqaq))
Per esempio:Per esempio:
![Page 42: Acidi e Basi](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081420/568143c1550346895db04f3e/html5/thumbnails/42.jpg)
Riepilogo:
Acido debole:
Base debole:
Idrolisi acida:
Idrolisi basica:
aa3 c]O[H K
bbc][OH K
sb
w3 c]O[H
K
K
sa
w c][OHK
K
![Page 43: Acidi e Basi](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081420/568143c1550346895db04f3e/html5/thumbnails/43.jpg)
Riepilogo:
Tampone formato da un acido debole e la sua base coniugata:
Tampone formato da una base debole e il suo acido coniugato:
b
aa3 c
c]OH[ K
a
bb c
c]OH[ K
![Page 44: Acidi e Basi](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081420/568143c1550346895db04f3e/html5/thumbnails/44.jpg)
INDICATORI DI pHINDICATORI DI pH
HA(HA(aqaq) + H) + H22O(O(ll) ) ⇄⇄ A A--((aqaq) + H) + H33OO++((aqaq))
]A[
]HA[]OH[
]HA[
]OH[]A[
a
3
3a
K
K
giallogiallo rossorosso
![Page 45: Acidi e Basi](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081420/568143c1550346895db04f3e/html5/thumbnails/45.jpg)
Quando [HQuando [H33OO++] >> ] >> KKaa la soluzione appare gialla la soluzione appare gialla
Quando [HQuando [H33OO++] << ] << KKaa la soluzione appare rossa la soluzione appare rossa
Quando [HQuando [H33OO++] ] KKaa la soluzione appare arancione la soluzione appare arancione
0 2 4 61 3 5 7 8 10 12 149 11 13pHpH
ppKKa a = - log= - log1010 KKaa
K
]A[
]HA[]OH[
a
3 giallogiallo
rossorosso
![Page 46: Acidi e Basi](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081420/568143c1550346895db04f3e/html5/thumbnails/46.jpg)
0 2 4 61 3 5 7 8 10 12 149 11 13pHpH
fenolftaleinafenolftaleina
blu di blu di bromotimolobromotimolo
metil aranciometil arancio
rosso fenolorosso fenolo
alcuni indicatori:alcuni indicatori: