Valitutti Tifi Gentile Esploriamo la chimica Zanichelli editore

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Valitutti, Tifi, Gentile Esploriamo la chimica Seconda edizione di Chimica: molecole in movimento

Capitolo 17 Acidi e basi si scambiano protoni 1. Le teorie sugli acidi e sulle basi 2. La ionizzazione dell’acqua 3. Il p. H e la forza degli acidi e delle basi 4. La neutralizzazione: una reazione tra acidi e basi Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 3

Capitolo 17 Acidi e basi si scambiano protoni 5. L’idrolisi: anche i sali fanno cambiare il p. H 6. Le soluzioni tampone Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 4

1. Le teorie sugli acidi e sulle basi Acidi e basi secondo Arrhenius Gli acidi sono sostanze che, sciolte in acqua, liberano ioni H+ (H 3 O+). Le basi sono sostanze che, sciolte in acqua liberano ioni OH-. HCl(g) H+(aq)+ Cl-(aq) Na. OH(s) Na+(aq)+ Cl-(aq) Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 5

1. Le teorie sugli acidi e sulle basi Gli acidi si distinguono in • acidi monoprotici se sono in grado di liberare un solo H+ ; • acidi poliprotici se liberano più ioni H+. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 6

1. Le teorie sugli acidi e sulle basi Il limite della teoria di Arrhenius risiede nel fatto che è applicabile solo alle soluzioni acquose. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 7

1. Le teorie sugli acidi e sulle basi Acidi e basi secondo Brönsted e Lowry Un acido è una qualsiasi molecola o ione in grado di donare protoni. Una base è una qualsiasi molecola o ione che può accettare un protone. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 8

1. Le teorie sugli acidi e sulle basi La teoria di Brönsted e Lowry amplia la classificazione degli acidi e delle basi poiché non è indispensabile la presenza di acqua. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 9

1. Le teorie sugli acidi e sulle basi Ogni acido, donando il proprio protone, si trasforma in una base, chiamata base coniugata; analogamente ogni base, accettando il protone, si converte nel corrispondente acido coniugato. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 10

1. Le teorie sugli acidi e sulle basi Sono anfiprotiche le sostanze che, come l’acqua, possono sia accettare che donare protoni. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 11

1. Le teorie sugli acidi e sulle basi Acidi e basi secondo Lewis Un acido è una specie (molecola o ione) che può accettare una coppia di elettroni. Una base è una specie (molecola o ione) capace di donare una coppia di elettroni liberi da legami. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 12

1. Le teorie sugli acidi e sulle basi Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 13

2. La ionizzazione dell’acqua La reazione di ionizzazione dell’acqua o autoprotolisi, è una reazione acido-base in cui la formazione degli ioni avviene per scambio di un protone fra due molecole d’acqua. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 14

2. La ionizzazione dell’acqua La Kw, come tutte le costanti di equilibrio, varia con la temperatura e si chiama prodotto ionico dell’acqua. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 15

2. La ionizzazione dell’acqua • Se [H 3 O+] > 10– 7 M l’ambiente è acido; • Se [H 3 O+] = 10– 7 M l’ambiente è neutro; • Se [H 3 O+] < 10– 7 M l’ambiente è basico. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 16

3. Il p. H e la forza degli acidi e delle basi Il p. H misura il grado di acidità di una sostanza e si definisce come il logaritmo negativo in base 10 della concentrazione molare degli ioni H+. p. H = – log[H+] Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 17

3. Il p. H e la forza degli acidi e delle basi Analogamente il p. OH misura il grado di basicità di una sostanza e si definisce come il logaritmo negativo in base 10 della concentrazione molare degli ioni OH–. p. OH = – log[OH–] Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 18

3. Il p. H e la forza degli acidi e delle basi Mettendo insieme le due annotazioni si ottiene la relazione fondamentale p. Kw = p. H + p. OH ovvero 14 = p. H + p. OH Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 19

3. Il p. H e la forza degli acidi e delle basi Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 20

3. Il p. H e la forza degli acidi e delle basi Gli acidi e le basi, posti in soluzioni acquosa, assumono comportamenti diversi, in base ai quali vengono classificati come forti o deboli. Sono considerati forti quegli acidi e quelle basi che in acqua sono completamente ionizzati. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 21

3. Il p. H e la forza degli acidi e delle basi La costante di equilibrio di questo tipo di reazioni è detta costante di ionizzazione acida (Ka): L’acqua non è riportata in quanto viene considerata liquido puro. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 22

3. Il p. H e la forza degli acidi e delle basi Gli acidi si dicono forti se hanno la Ka molto grande e si ionizzano completamente e deboli se hanno Ka piccola e non si ionizzano completamente. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 23

3. Il p. H e la forza degli acidi e delle basi Secondo la teoria di Brönsted e Lowry, una specie è basica se può acquistare un protone dall’acqua secondo la reazione: B + H 2 O ⇄ BH+(aq) + OH–(aq) Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 24

3. Il p. H e la forza degli acidi e delle basi La costante di equilibrio di questo tipo di reazioni è detta costante di ionizzazione basica (Kb) ed è L’acqua non è riportata in quanto viene considerata liquido puro. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 25

3. Il p. H e la forza degli acidi e delle basi Il p. H di una soluzione si misura tramite gli indicatori. Gli indicatori sono sostanze che assumono colorazioni diverse a seconda del p. H della soluzione in cui si trovano. Il punto di passaggio da un colore a un altro è detto punto di viraggio. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 26

4. La neutralizzazione: una reazione tra acidi e basi Nelle reazioni acido-base di neutralizzazione in cui gli ioni H+ devono uguagliare gli ioni OH–, è più corretto esprimere la concentrazione in normalità e non in molarità. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 27

4. La neutralizzazione: una reazione tra acidi e basi La neutralizzazione è una reazione fra un acido e una base in quantità stechiometricamente equivalenti che porta alla formazione di sale e di acqua, con liberazione di calore. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 28

4. La neutralizzazione: una reazione tra acidi e basi La titolazione è una tecnica di analisi quantitativa che permette di determinare la concentrazione incognita di una soluzione tramite aggiute progressive di un’altra soluzione a titolo noto, detta titolante. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 29

4. La neutralizzazione: una reazione tra acidi e basi Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 30

5. L’idrolisi: anche i sali fanno cambiare il p. H L’idrolisi è la reazione fra gli ioni del sale disciolto e le molecole d’acqua. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 31

5. L’idrolisi: anche i sali fanno cambiare il p. H Tutti gli anioni e i cationi provenienti da acidi o da basi forti, quando vengono disciolti in acqua, non fanno variare il p. H. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 32

5. L’idrolisi: anche i sali fanno cambiare il p. H Se il sale contiene un anione che è la base coniugata di un acido debole forma soluzioni basiche. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 33

5. L’idrolisi: anche i sali fanno cambiare il p. H Se il sale contiene un catione che è l’acido coniugato di una base debole forma soluzioni acide. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 34

6. Le soluzioni tampone contengono una coppia acido-base coniugata in cui le concentrazioni di acido e di base, entrambi non forti, sono circa dello stesso ordine di grandezza. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 35

6. Le soluzioni tampone sono soluzioni che resistono al cambiamento del p. H per moderate aggiunte di acido o di base. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 36

6. Le soluzioni tampone Il p. H di una soluzione tampone si calcola con la relazione dove Ca = concentrazione iniziale di acido Cs = concentrazione del sale disciolto Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 37