Chimica per il liceo/L'acqua/Sintesi acidi e basi

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Acidi e Basi: Definizioni Teoriche e Concetti

La Definizione di Arrhenius

Secondo Arrhenius, un acido è una sostanza che, in soluzione acquosa, libera ioni HA+, aumentando così la concentrazione degli ioni idrogeno. Tutti gli idracidi e gli ossiacidi, in soluzione acquosa, stabiliscono il seguente equilibrio:

HA↽−−⇀HA++AA−

Analogamente, una base è una sostanza che, in soluzione acquosa, libera ioni OHA−, aumentando la concentrazione degli ioni ossidrile. Gli idrossidi, in soluzione acquosa, stabiliscono il seguente equilibrio:

BOH↽−−⇀BA++OHA−

Il limite della definizione di Arrhenius consiste nel non considerare il comportamento di alcune sostanze al di fuori dell’acqua. Ad esempio:

NHA3(aq)+HA2O(l)↽−−⇀NHA4A+(aq)+OHA−

In questo caso, l’ammoniaca (NHA3), pur non contenendo OHA−, si comporta da base.

Acidi e Basi Forti e Deboli

  • Un acido forte è una sostanza che si dissocia completamente in ioni.
  • Un acido debole si dissocia solo parzialmente in soluzione acquosa.

Lo stesso discorso è valido per le basi: una base forte si dissocia completamente, mentre una base debole solo parzialmente.

La Definizione di Brønsted-Lowry

Questa teoria si basa sul comportamento delle sostanze nei confronti dello ione idrogeno (HA+), detto anche protone.

  • Un acido è una sostanza capace di donare protoni.
  • Una base è una sostanza capace di accettare protoni.

Le reazioni acido-base avvengono in termini di coppie acido-base coniugate:

  • Esempio 1:

HCl+HA2O⟶HA3OA++ClA−

Qui, HCl si comporta da acido, donando un protone, mentre HA2O si comporta da base, accettandolo. Dopo aver ceduto un protone, l’acido si trasforma nella sua base coniugata (ClA−), mentre la base diventa il suo acido coniugato (HA3OA+).

  • Esempio 2:

NHA3+HA2O⟶NHA4A++OHA−

In questo caso, NHA3 si comporta da base, accettando un protone, e HA2O si comporta da acido, donandolo.

La Definizione di Lewis

Secondo Lewis, la classificazione di acidi e basi si basa sulla disponibilità di coppie di elettroni:

  • Una base è una sostanza con una o più coppie di elettroni non impegnate in legami chimici, disponibili per essere condivise.
  • Un acido è una sostanza con uno o più orbitali liberi, in grado di accettare coppie di elettroni e formare un legame dativo.

L'Equilibrio nell’Acqua e il pH

In acqua pura, una piccola frazione di molecole si dissocia in ioni HA+ e OHA−. La concentrazione di HA+ e OHA− in acqua pura è pari a 10A7−mol/dmA3.

  • Soluzioni neutre: la concentrazione di HA+ e OHA− è uguale a quella dell’acqua pura.
  • Soluzioni acide: la concentrazione di HA+ è maggiore di 10A7−.
  • Soluzioni basiche: la concentrazione di OHA− è maggiore di 10A7−.

Scala del pH

Per facilitare la valutazione dell’acidità o basicità, i chimici hanno introdotto il pH, definito come l’opposto del logaritmo decimale della concentrazione di HA+:

pH=−log[HA+]

  • Nell’acqua pura o nelle soluzioni neutre: [HA+]=10A7−, quindi pH=7.
  • Soluzioni acide: pH<7.
  • Soluzioni basiche: pH>7.

Maggiore è il pH, più basica è la soluzione; minore è il pH, più acida è la soluzione.