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Le teorie di arrhenius, brönsted e lowry e lewis sulla natura degli acidi e delle basi, compresi i concetti di autoionizzazione dell'acqua, ph, costanti di ionizzazione acida e basica, e reazioni acido-base coniugate. Vengono anche trattati gli indicatori di ph e l'idrolisi dei sali.
Tipologia: Schemi e mappe concettuali
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La teoria di Arrhenius Anche se incompleta, la teoria a permette di classificare come acide o basiche le principali sostanze di uso comune. La teoria del chimico svedese é fondata sulla capacità delle sostanze di condurre la corrente elettrica in soluzione acquosa. Gli acidi sono sostanze che, sciolte in acqua, liberano ioni H+; le basi sono sostanze che, sciolte in acqua, liberano ioni oH-. Gli acidi, come HCl, avendo un unico idrogeno -> acidi monoprotici (un solo ione H+). Gli acidi, come H₂SO₄-> acidi poliprotici (più ioni H+). Poiché lo ione H+ é un atomo di idrogeno che ha perso un elettrone, si può dire che l'acido é in grado di liberare un protone. Ciò é possibile perché l'elettrone "smarrito" è rimasto sull'atomo, che legava quell'idrogeno. Questa molecola sarà la base coniugata dell'acido, e avrà una carica negativa. In maniera simile una base in soluzioni OH-, diventando l'acido coniugato Il limite della teoria di Arrhenius risiede nel fatto che è applicabile solo alle soluzioni acquose. La teoria di Brönsted e Lowry La teoria di Brönsted e Lowry , amplia la classificazione degli acidi e delle basi, poiché non è indispensabile la presenza dell'acqua. Qualsiasi molecola o ione che può donare un protone è un acido Qualsiasi molecola o ione che può accettare un protone é una base. Un acido agisce da donatore Solo in presenza di una sostanza che accetti il protone, cioè una base. Una base accetta un protone solo se c'è una specie chimica che lo cede. Un donatore di protoni è una qualsiasi specie che possiede atomi di idrogeno legati covalentemente ad altri atomi più elettronegativi (molecola neutra, un catione e un anione). Un accettatore di protomi può essere qualsiasi molecola neutra o anione che abbia disponibile una coppia di elettroni. Una reazione acido-base consiste in un trasferimento protonico.La conseguenza più importante è che un acido e una base reagiscono tra loro per formare un altro acido o un'altra base. Quando Si Stabilisce un equilibrio chimico nella reazione diretta, ogni acido, donando il proprio protone, si trasforma in una base (base coniugata), e ogni base, accettando il protone, si converte nel corrispondente acido coniugato; nella reazione inversa la base coniugata prende il protone e l'acido coniugato lo cede.
Alcune specie chimiche, come l'acqua, sono in grado sia di accettare sia di donare protoni e possono essere classificate sia come acidi sia come basi: tale specie sono dette anfiprotiche. La teoria di Lewis La teoria di Lewis permette di considerare reazioni acido-base anche reazioni dove non si assiste a uno scambio di protoni. Si dicono acidi le specie che accettano una coppia di elettroni; si dicono basi le specie che donano una coppia a elettroni liberi da legami. Evoluzione del concetto di acido e base nel tempo La ionizzazione dell'acqua La reazione di autoionizzazione 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.
Acidi forti e acidi deboli Gli acidi e le basi sono classificati come forti o deboli in base ai comportamenti che assumono in soluzione acquosa. Secondo Brönsted sono acidi forti quelli che cedono protoni in maniera completa all'acqua -> acidi di che in acqua sono completamente ionizzati. Hanno un Ka molto grande. Acidi deboli -> si ionizzano limitatamente, quando si sciolgono in acqua, tendendo a rimanere in forma dissociata. Hanno Ka piccolo. Una specie è acida se può protonare (= donare un protone) l'acqua secondo la reazione: La costante di equilibrio di questo tipo di reazioni è detta costante di ionizzazione acida Ka: Più è alta, più l'equilibrio è spostato a dx. Nel caso degli acidi poliprotici, per ciascun idrogeno ionizzabile esiste una diversa costante di ionizzazione. Basi forti e basi deboli Secondo Brönsted le basi forti -> accettano in maniera completa protoni dall'acqua. Hanno Kb molto grande. Basi deboli -> in soluzione acquosa sono ionizzate in piccola percentuale. Hanno Kb piccolo. Una specie è basica se può acquistare un protone dall'acqua secondo la reazione: La costante di equilibrio di questo tipo di reazioni, è detta costante di ionizzazione basica Kb:
Ka e Kb di una coppia acido-base coniugata Il prodotto delle costanti di ionizzazione di una coppia acido-base coniugata in soluzione acquosa corrisponde al prodotto ionico dell'acqua: Da questa relazione possiamo capire che, all'aumentare della forza di una specie diminuisce la forza della specie coniugata. Gli indicatori Per la misura precisa del pH possiamo usare particolari apparecchi elettronici denominati piaccametri o pH-metri, che possono misurare valori di pH con un margine di errore di +/-0,01. Esistono poi alcune sostanze organiche, chiamate indicatori, con la singolare proprietà di assumere colori diversi a seconda del pH della soluzione a cui sono aggiunte, rendendo così molto semplici le misure della concentrazione idrogenionica. Il colore che assume un indicatore varia al variare della concentrazione degli ioni H+. L'intervallo di pH dove il colore non è ancora definito completamente si chiama intervallo di viraggio e dipende dal valore della Ka dell'equilibrio di ionizzazione dell'indicatore. L'idrolisi: anche i sali fanno cambiare il pH L'equilibrio di autoionizzazione dell'acqua può cambiare non solo per aggiunta di acidi o basi, come abbiamo visto, ma anche per effetto dell'aggiunta di alcuni sali. Quando un sale si scioglie in acqua libera gli ioni che lo costituiscono, ma nessuno di questi sali libera direttamente ioni H+ o ioni OH. I diversi valori di pH si possono giustificare ammettendo che in soluzione acquosa alcuni ioni reagiscano con l'acqua. La reazione fra gli ioni del sale disciolto e le molecole di acqua è chiamata idrolisi. Tutti gli anioni provenienti da acidi deboli reagiscono con l'acqua, comportandosi da basi. Tutti i cationi provenienti da basi deboli reagiscono con l'acqua, comportandosi da acidi.