ACIDI E BASI

Da dove derivano i loro nomi?

Il nome acido viene dal latino acidum che significa aspro, pungente.

Il nome alcali viene dall’arabo al-qalì che sta ad indicare la potassa contenuta nella cenere di legna, le cui soluzioni sono fortemente basiche

Acidi e basi secondo Arrhenius (1887):

Gli Acidi si dissociano in acqua liberando ioni H+

HCl + H2O H3O+ + Cl-

Le Basi si dissociano in acqua liberando ioni OH-

NaOH + H2O Na+ + OH- + H2O

Queste due specie reagiscono tra loro formando acqua

H3O+ + OH- 2 H2O

Sörensen 1909

Studiando l’azione degli acidi sulla catalisi enzimatica, dovendo esprimere con numeri semplici il grado di acidità propose l’uso del

pH = - log [H+]

Acidi e basi secondo la teoria di Brönsted- Lowry (1923) :

Acido: specie chimica che dona protoni

Base: specie chimica che accetta protoni

HA + H2O H3O+ + A-

Acido Base Acido coniugato Base coniugata

Rispetto alla teoria di Arrhenius, nella teoria di Brönsted-

Lowry: • Una base è una specie chimica che accetta protoni (lo

ione idrossido OH- è solo un esempio di base);

• Le reazioni acido-base non sono più limitate alle soluzioni acquose;

• Alcune specie possono agire sia come acidi sia come basi, a seconda della natura dell’altra specie reagente.

Acidi e basi secondo la teoria di Lewis (1923)

• Acido è una specie chimica (molecola o ione) in grado di accettare una coppia di elettroni (H+, BF3, ecc.).

• Base è una specie chimica (molecola o ione) in grado di fornire una coppia di elettroni (OH-, NH3, ecc.).

PRODOTTO IONICO DELL’ACQUA

L’acqua pura non conduce la corrente elettrica, ma se si misura la sua conducibilità con strumenti molto sensibili, si osserva che anch’essa, sia pure in minima quantità, conduce la corrente elettrica. Questo significa che pochissime delle sue molecole sono dissociate in ioni. La reazione di ionizzazione dell’acqua che porta alla formazione di ioni idrogeno, H+, e di ioni idrossido, OH- , è una reazione di equilibrio molto spostata verso la forma indissociata H2O :

H2O H+ + OH-

H2O + H2O H3O+ + OH- (t. di Brönsted-Lowry)

Equilibrio di autoionizzazione dell’acqua

Dal valore molto basso della Keq , si deduce che la frazione di molecole di acqua ancora indissociate in protoni e ioni ossidrile è praticamente quella iniziale.

Considerando che la massa di una mole di acqua è 18 g/mole e che la massa totale di acqua in un litro è 1000 g la concentrazione molare dell’acqua pura sarà:

[ H2O ] = 1000 g/l : 18 g/mole = 55,5 mol/l

Poiché tale valore può essere considerato costante, la relazione di equilibrio diventa:

Keq x [ H2O] 2 = [ H+] x [ OH-]

Sostituendo il valore:

Keq x (55,5)2 = [ H+] x [ OH-]

• Il prodotto Keq x (55,5)2 è una nuova costante, è indicata con Kw ed è chiamata prodotto ionico dell’acqua, il cui valore , a 25 °C e per tutte le soluzioni acquose, è :

Kw = 3, 25 · 10-18 x (55,5)2 = 1 · 10-14

H2O + H2O H3O+ + OH-

Poiché da una molecola di acqua si ottiene uno ione H+ e uno ione ossidrile (OH-), nell’acqua pura le concentrazioni dei due ioni devono

essere uguali, cioè:

[ H+] = [OH-]

Sostituendo nella relazione del prodotto ionico dell’acqua si ha:

Kw = 1 · 10-14 = [ H+ ] x [ OH-] = [ H+ ] x [ H+ ]

1 · 10-14 = [ H+ ] 2 da cui:

[ H+] = [ OH-] = 1 · 10-7 mol/l soluzioni neutre

Una soluzione acquosa in cui prevale la concentrazione degli ioni H+, risulta acida.

[ H+ ] > [ OH- ] soluzioni acide

[ H+ ] > 1 · 10-7

Una soluzione in cui prevale la concentrazione degli ioni OH- risulta basica.

[ H+ ] < [ OH- ] soluzioni basiche

[ H+ ] < 1 · 10-7

Il grado di acidità e di basicità si misura mediante una scala i cui valori a 25 °C sono compresi tra 1 e 14, chiamata scala di pH.

pH = 7 indica la neutralità

pH < 7 indica l’acidità

pH > 7 indica la basicità

Si definisce pH il logaritmo negativo (in base 10) della concentrazione di ioni idrogeno di una soluzione

pH = - log 10 [ H+] = - log 1010 –x

Per cui l’esponente della potenza che esprime la concentrazione degli ioni H+, cambiato di segno, diventa immediatamente il pH.

La conoscenza dei valori del pH di una soluzione è molto importante:

• La vita degli animali e dei vegetali è regolata da una determinata concentrazione degli ioni H+, e se essa viene sensibilmente cambiata può scomparire qualunque manifestazione di vita.

• Il pH è importante anche per la qualità delle acque potabili, dei prodotti alimentari e di uso quotidiano, per un gran numero di lavorazioni industriali (produzione carta, farmaci, tintura, stampa..) e di processi tecnologici(produzione vino, birra, conservazione latte, carne..).