ACIDI E BASI. LA NATURA DEGLI ACIDI E DELLE BASI Teoria di Arrhenius: sono acide (basiche) tutte...
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ACIDI E BASI
LA NATURA DEGLI ACIDI E DELLE BASI
• Teoria di Arrhenius: sono acide (basiche) tutte quelle sostanze che, poste in acqua, sono capaci di dissociarsi formando ioni H+ (OH-).
• Teoria di Brønsted-Lowry: un acido (base) è un donatore (accettore) di protoni.
La base coniugata di un acido è la base che si forma quando l’acido perde un protone. L’acido coniugato di una base è l’acido che si forma quando la base accetta un protone.
AcidoBase BaseAcido
AcidoBase BaseAcido
Esempio. Nelle seguenti reazioni, qual è l’acido e quale la base?
HCl + H2O Cl- + H3O+
Base
NaOH OH- + Na+
NH3 + H2O OH- + NH4+
Coppia coniugata
acido-base
• Teoria di Lewis: un acido (base) è una qualsiasi sostanza capace di accettare (donare) una coppia di elettroni di non-legame
Quando una base di Lewis offre una coppia elettronica ad un acido di Lewis allora si forma un legame covalente coordinato.
O2-
O H
H O-
H
O-
H
Lo ione ossido è una base di Lewis in grado di formare un legame covalente coordinato con il protone (acido di Lewis)
Esempio:
Molti ossidi non-metallici sono ACIDI di LEWIS
CO2 + H2O H2CO3
O H
H
C
O
OH
O
C O
O H
Acido di Lewis Base di Lewis Acido di Brønsted
BaseAcido AcidoBase
L'autoionizzazione dell'acqua
H2O + H2O = H3O+ + OH–
[H3O+][OH–]K = ——————
[H2O]2
K·[H2O]2 = Kw = [H3O+][OH–]
prodotto ionico dell'acqua
Kw = [H3O+][OH–] = 10–14 a 25 °C:
Scala di pH
Si definisce pH il logaritmo negativo della concentrazione molare degli ioni idrogeno
pH = –log [H3O+] [H3O]+ = 10-pH
• se pH < 7 acida
• se pH = 7 neutra
• se pH > 7 alcalina (o basica)
il pH può essere rispettivamente minore di 0 o maggiore di 14
• se [H3O+] > 1 M, il pH < 0
• se [OH–] > 1 M, il pH > 14
Esempio. Calcolare il pK, pH e pOH di una soluzione neutra di acqua a 25°C.
Kw = [H3O+][OH–] = [OH–]2 = [H3O+]2 = 10–14
[OH–] = [H3O+] = 10–14 = 10–7 M
pOH = pH = 7
Kw = [H3O+][OH–] = 10–14
pKw = -log Kw = -log (10-14) = 14
pKw = -log Kw = -log ([H3O+][OH-]) =
= -log[H3O+] - log[OH-] =
= pH + pOH
Poiché la soluzione è neutra: [OH–] = [H3O+]
Il pH di soluzioni di acidi forti, o di basi forti
pH, di una soluzione di HA 0,1 M
HA + H2O H3O+ + A–
per soluzioni di acidi forti monoprotici la concentrazione degli ioni idrogeno è pari alla concentrazione molare dell’acido stesso
[H3O+] = [HA] pH = –log [H3O+]= –log [HA]
pOH, di una soluzione di BOH 0,1 M
H2O
BOH OH- + B+
per soluzioni di basi forti monoidrossiliche la concentrazione degli ioni idrossile è pari alla concentrazione molare della base stessa
[OH-] = [BOH] pOH = –log [OH-]= –log [BOH]
Calcolare il pH e la concentrazione delle specie ioniche in una soluzione 8,62·10-1 M dell’acido forte HClO4.
HClO4 + H2O H3O+ + ClO4 –
8,62·10-1 mol HClO4= mol H3O+ = mol ClO4 –
[H3O+] = [ClO4 – ] = 8,62·10-1M
pH = –log [H3O+]= –log (8,62·10-1M) = 0,0645
forza acida di un qualsiasi acido HA è data dal valore numerico più o meno elevato della costante di equilibrio della reazione:
HA + H2O = H3O+ + A–[H3O+][A–]
K = —————— [HA][H2O]
Ka
costante di dissociazione, o costante di ionizzazione, dell'acido
La forza degli acidi e delle basiLa forza degli acidi e delle basi
HA
AOHKa
3
più elevato è il valore di Ka,più l'acido è forte, più tende a dissociarsi
Acido Ka pKa
Acido solforoso
H2SO3
1,5 x 10-2 1,81
Acido nitroso
HNO2
4,3 x 10-4 3,37
Acido acetico
CH3COOH
1,8 x 10-5 4,75
Acido carbonico
H2CO3
4,3 x 10-7 6,37
Tanto più elevato è il pKa tanto più debole è l’acido
B + H2O = HB+ + OH–
[HB+][OH–]Kb = ——————
[B]
La costante di equilibrio Kb viene definita costante didissociazione, o costante di ionizzazione, della base
Più elevato è il valore di Kb, più la base è forte
Analogamente, per una base debole B vale:
Coppie coniugate acido-base
• Più l’acido è forte più la sua base coniugata è debole;
• piu la base è forte più il suo acido coniugato è debole.
NH3 + H2O NH4+ + OH- Kb = [OH-][NH4
+]
[NH3]
NH4+ + H2O NH3 + H3O+ Ka = [NH3][H3O+]
[NH4+]
Ka x Kb = Kw pKa + pKb = 14
Il pH di soluzioni di acidi deboli o di basi deboli
pH, di una soluzione di HA, acido debole
HA + H2O H3O+ + A–
[A–][H3O+]Ka = —————
[HA]
Co = concentrazione molare iniziale
A equilibrio raggiunto, quali sono le concentrazioni, delle specie H3O+, A–, HA ?
le possibili fonti di ioni H3O+ sono due:
• la dissociazione dell'acido• l'autoionizzazione dell'acqua
l’autoionizzazione dell’acqua trascurabile, quindi tutti gli ioni H3O+ presenti in soluzione provengono dalla dissociazione dell'acido
[H3O+] = [A–]
[H3O+]2
———— [HA]
[A–][H3O+]Ka = —————
[HA]
1.Considerazione. Ka è “piccola” = la reazione di dissociazione dell'acido decorre in misura esigua
[H3O+]2
Ka —————— [HA]
[H3O+]2
———— C0
2. Approssimazione. delle moli iniziali solo una “piccola” parte subisce ionizzazione, quindi si può approssimare:
[HA] Co
Incognita
Incognita
il pH di soluzioni di acidi deboli
[H3O+] Ka·Co
Purchè: Ka sia piccola (acido piuttosto debole) e Co grande (soluzione sufficientemente concentrata), tale che Ka << Co
[BH+][OH–]Kb = —————
[B]
trascurando gli ioni OH– provenienti dall'autoionizzazione dell'acqua,
[BH+] = [OH–]
pH = 1/2 pKa - 1/2 logC0
pOH, di una soluzione di B: B + H2O OH- + BH+
dato l'esiguo valore di Kb, si può approssimare che:
[B]equilibrio = Co – [B]dissociata = Co – [BH+]formatosi = Co – [OH–] Co
[BH+][OH–]Kb = —————
[B]
[OH–]2 ——— [B]
[OH–]2
——— Co
pOH, e quindi pH (pH = 14 - pOH), di soluzioni di basi deboli
[OH–] Kb·Co
CH3COOH + H2O = CH3COO– + H3O+
[CH3COO–][H3O+]Ka = ———————— = 1,85·10–5
[CH3COOH]
Esempio. Calcolare il pH in una soluzione 1,00 M di acido acetico sapendo che la sua costante di dissociazione è Ka= 1,85·10–5.
[H3O+]2
Ka —————— [CH3COOH]
[H3O+]2
———— C0
[H3O+] = [CH3COO–] [CH3COOH] Co
[H3O+] Ka·Co [H3O+] 1,85·10–5·1,00 = 0,00430 M
pH = –log [H3O+]= –log (4,30·10-3 M) = 2,366
NH3 + H2O = NH4+ + OH-
[NH4+][OH-]
Kb = —————— = 1,79·10–5
[NH3]
L’ammoniaca è una base debole con Kb= 1,79·10–5. Calcolare quale concentrazione deve avere una soluzione di ammoniaca perché il suo pH sia 11,040.
(1,10·10-3 M) 2
C0 —————— = 6,76 ·10-2 M 1,79·10–5
[H3O+] = 10–11,040 = 9,12·10–12 M
[OH–] Kb·Co
[OH–] = Kw / [H3O+] = 1,00 10–14/ 9,12·10-12 = 1,10·10-3 M
[OH–] 2
C0 —————— Kb
OSSIDI ACIDI, BASICI E ANFOTERI
Un ossido acido è:
• un ossido che reagisce con acqua dando un acido di Brønsted;
• un ossido che reagisce con le basi per dare acqua e sale;
• un composto molecolare;
• è formato da un non-metallo.
Un ossido basico è:
• un ossido che reagisce con acqua dando una base di Brønsted;
• un ossido che reagisce con gli acidi per dare acqua e sale;
• un composto ionico;
• è formato da un metallo.