Acidi e Basi

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.

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

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)

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.

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.

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

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”

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

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- ]

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-.


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-.

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.


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

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

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-

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

2 H2 H22O(O(ll) ) ⇄⇄ H H33OO++((aqaq) + OH) + OH--

((aqaq) )

Autoprotonazione dell’acquaAutoprotonazione dell’acqua

++--


((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

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--]]

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

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

Il pH e la sua scalaIl pH e la sua scala

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--]]

HH33OO++((aqaq) + OH) + OH--((aqaq) ) ⇄ ⇄ 2 2 HH22O(O(ll))

]] [OHO[HKK -

w

3

11


((aqaq) ) ]OH[ ]OH[Kw 3

HH ° < 0° < 0

HH ° > 0° > 0

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


((aqaq) )

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

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

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

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


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

wba KKK

14KpK wba pKp


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

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

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)

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

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

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

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

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

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

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

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:

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

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

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

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

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:

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