Bagatti, Corradi, Desco, Ropa. Chimica. seconda edizione

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1 Bagatti, Corradi, Desco, Ropa Chimica seconda edizione

2 Bagatti, Corradi, Desco, Ropa, Chimica seconda edizione Capitolo 13. SEGUI LA MAPPA neutralizzazione Acidi forti acidi deboli Basi forti basi deboli elaborare i dati di La costante di ionizzazione (Ka) La costante di ionizzazione (Kb) 1

3 neutralizzazione elaborare i dati di acidi deboli basi deboli In base alla teoria di un acido, in acqua, libera ioni + e una base libera ioni O. (Ka) (Kb) soluzione + O + O + O + O soluzione La trasformazione che avviene quando, per esempio, l acido nitrico si trova a contatto con l acqua è la seguente: acqua NO 3 (l) + (aq) + N O 3 (aq) ione idrogeno (protone) Nel caso dell idrossido di sodio, una sostanza, la trasformazione è la seguente: NaO(s) acqua O (aq) + Na + (aq) ione ossidrile Capitolo 13 Lezione 1 2

4 neutralizzazione acidi deboli basi deboli elaborare i dati di (Ka) (Kb) Gli acidi monoprotici sono quelli costituiti da molecole che possono liberare un solo protone; gli acidi poliprotici sono invece costituiti da molecole che possono liberare più di un protone. L acido solforico è un esempio di acido diprotico, libera infatti 2 protoni: 2 SO 4 (l) l ) acqua 2 + (aq) + SO 4 2- (aq) Nella molecola di acido lattico ci sono 6 atomi di idrogeno ma uno solo di essi può staccarsi come ione +. Pertanto l acido lattico è monoprotico. Capitolo 13 Lezione 1 3

5 neutralizzazione elaborare i dati di acidi deboli basi deboli (Ka) (Kb) In acqua, la reazione di neutralizzazione avviene tra lo ione + dell acido e lo ione O della base: questi ioni si combinano e si annullano reciprocamente formando molecole di 2 O. neutralizzazione Soluzione di Cl + alcune gocce di indicatore universale. Soluzione di KO + alcune gocce di indicatore universale. Dopo il mescolamento la soluzione è neutra La trasformazione chimica «elimina» le caratteristiche sia dell acido sia della base e l equazione completa è: + (aq) + Cl (aq) + K + (aq) + O (aq) 2 O(l ) + K + (aq) + Cl (aq) Eliminando dall equazione gli ioni che non partecipano alla trasformazione (chia- Capitolo 13 Lezione 1 4

6 neutralizzazione acidi deboli basi deboli elaborare i dati di (Ka) (Kb) Le reazioni di neutralizzazione possono essere utilizzate per determinare la quantità di acido o di base presente in una data soluzione. L insieme delle procedure sperimentali e dei calcoli seguenti prende il nome di titolazione. elaborare i dati di NaO Descrizione della titolazione di un acido ( 2 SO 4 ) con una base (NaO 0,100 mol/l) Nel becher sono stati messi 10,0 ml della soluzione, acqua distillata e alcune gocce di un indicatore. Si aggiunge poi, poco alla volta, la soluzione fino al momento in cui si ha un repentino cambiamento di colore da rosa a giallo (viraggio dell indicatore). Il cambiamento di colore indica il punto in cui tutti gli ioni + hanno reagito con altrettanti ioni O formando molecole di acqua. Elaborando i dati raccolti è possibile stabilire la concentrazione della soluzione iniziale. 2 SO 4 Capitolo 13 Lezione 1 5

7 neutralizzazione acidi deboli basi deboli elaborare i dati di (Ka) (Kb) In base alla teoria di sono acidi tutte le specie chimiche che cedono protoni e sono basi le specie chimiche che acquistano protoni: Per esempio l acido cloridrico in acqua si comporta da acido in quanto cede un protone formando lo ione ossonio ( 3 O + ): acido base ione ossonio L equazione sottolinea che i prodotti, ottenuti dal trasferimento di +, sono anch essi un acido e una base. Come in tutti gli equilibri la reazione può procedere in entrambe le direzioni. Capitolo 13 Lezione 2 A + coppia coniugata B acido base base coniugata A coppia coniugata + B + acido coniugato 6

8 neutralizzazione acidi deboli basi deboli elaborare i dati di (Ka) (Kb) L acqua conduce, anche se molto poco, la corrente elettrica. Questo si spiega ammettendo che quando due molecole di 2 O si urtano si ha un trasferimento di un protone da una molecola di acqua a un altra, si ha cioè l autoionizzazione dell acqua: 2 O + 2 O O + 3 O + Questa trasformazione quindi può essere interpretata come un equilibrio. La costante dell equilibrio di autoionizzazione corrisponde al prodotto della concentrazione degli ioni ossonio ( 3 O + ) e ossidrile (O ) e prende il nome di prodotto ionico dell acqua: Kw [ 3 O + ] [O ] 1, In tutte le soluzioni acquose, indipendentemente dalle sostanze disciolte e dalla loro concentrazione, possono cambiare le concentrazioni degli ioni 3 O + e O ma il loro prodotto rimane sempre costante: 1, Capitolo 13 Lezione 3 7

9 neutralizzazione elaborare i dati di acidi deboli basi deboli (Ka) (Kb) Il p è un numero che misura l acidità, la basicità o la neutralità di un sistema e viene definito come il logaritmo negativo in base dieci della concentrazione molare degli ioni 3 O + : Oltre al p, può essere indicato anche il po la cui definizione è analoga a quella del p: cartina all indicatore universale Dato il valore di Kw = [ 3 O + ] [ 3 O] = 1, si ha la seguente relazione: Capitolo 13 Lezione 3 8

10 neutralizzazione acidi deboli basi deboli elaborare i dati di (Ka) (Kb) Nella figura che illustra la scala del p sono riportati i valori interi di p con i corrispondenti valori di [ 3 O + ] e di [O ] il cui prodotto vale sempre 1, Nella figura seguente sono elencati alcuni materiali comuni e il corrispondente valore indicativo di p. Capitolo 13 Lezione 3 9

11 Gli acidi forti in soluzione acquosa si ionizzano completamente (A), mentre gli acidi deboli si ionizzano solo parzialmente (B). neutralizzazione Acidi forti acidi deboli Basi forti basi deboli elaborare i dati di (Ka) (Kb) acido forte acido debole Acidi forti acidi deboli La costante di ionizzazione (Ka) L equilibrio di ionizzazione di un generico acido A in soluzione acquosa può essere rappresentato nel seguente modo: A(aq) + 2 O(l) 3 O + (aq) + A (aq) In soluzioni diluite la concentrazione dell acqua non varia e la costante di equilibrio assume la forma indicata a lato. In generale, un acido è tanto più forte quanto più facilmente cede un protone all acqua, cioè quanto più alto è il valore della costante di ionizzazione Ka. Capitolo 13 Lezione 4 La forza degli acidi e delle basi 10

12 Le basi forti, come gli idrossidi dei metalli alcalini e alcalino-terrosi, sono composti che in acqua sono completamente dissociati in ioni. neutralizzazione acidi deboli basi deboli elaborare i dati di (Ka) (Kb) Le basi deboli invece sono solitamente sostanze che reagiscono con l acqua strappando protoni alle sue molecole. L equilibrio di ionizzazione di una generica base :B in soluzione acquosa può essere rappresentato dalla seguente equazione: Basi forti basi deboli La costante di ionizzazione (Kb) :B(aq) + 2 O(l) O (aq) + B + (aq) La forza di una base viene espressa dalla corrispondente costante: In generale, una base è tanto più forte quanto più facilmente acquista un protone dall acqua, cioè quanto più alto è il valore della costante di ionizzazione (Kb). Ogni acido ionizzandosi dà origine alla sua base coniugata e tanto più l acido è forte (Ka grande), tanto più la base coniugata è debole (Kb piccola). Vale infatti la seguente relazione: Capitolo 13 Lezione 4 La forza degli acidi e delle basi 11

13 In generale gli acidi forti e deboli, sono neutralizzati da una quantità stechiometricamente equivalente di base. neutralizzazione Acidi forti acidi deboli Basi forti basi deboli elaborare i dati di (Ka) (Kb) Quando si mescolano, nel giusto rapporto stechiometrico, soluzioni di un acido forte e di una base forte si ottiene una soluzione neutra (p = 7). Nella reazione si formano acqua e un sale (NaNO 3 ). Quando si mescolano, nel giusto rapporto stechiometrico, soluzioni di un acido debole e di una base forte si ottiene una soluzione (p > 7). Nella reazione si formano acqua e un sale (C 3 COONa). Tutti i sali costituiti dall anione di un acido debole e dal catione di una base forte danno origine in acqua a idrolisi, cioè danno soluzioni con p > 7. Capitolo 13 Lezione 5 Idrolisi e sistemi acqua C 3 COONa(s) à C 3 COO (aq) + Na + (aq) deriva da un acido debole (C 3 COO) e ha un comportamento basico deriva da una base forte (NaO) 12

14 neutralizzazione acidi deboli basi deboli elaborare i dati di (Ka) (Kb) Quando si mescolano, nel giusto rapporto stechiometrico, soluzioni di un acido forte e di una base debole si ottiene una soluzione a carattere acido, cioè con p < 7. Per esempio: Cl(aq) + N 3 (aq) à N 4 Cl(aq) Tutti i sali costituiti dal catione di una base debole e dall anione di un acido forte danno origine in acqua a idrolisi, cioè danno soluzioni con p < 7. acqua N 4 Cl(s) à N 4+ (aq) + Cl (aq) deriva da una base debole (N 3 ) e ha un comportamento acido deriva da un acido forte (Cl) Il p delle acque vendute in bottiglia dipende dall insieme delle sostanze disciolte, in particolar modo dai sali presenti. Capitolo 13 Lezione 5 Idrolisi e sistemi 13

15 neutralizzazione elaborare i dati di acidi deboli basi deboli (Ka) (Kb) hanno la caratteristica di conservare quasi inalterato il p, anche se si aggiungono acidi o basi forti. Il p dell acqua distillata (circa 6), con l aggiunta dell acido, cambia di più di due unità. Il p dell acqua di rubinetto (circa 7), con l aggiunta dell acido cambia di poco. L acqua di rubinetto si comporta come un sistema. In generale, un sistema è costituito da una soluzione acquosa di una base debole e del suo acido coniugato, oppure da una soluzione acquosa di un acido debole e della sua base coniugata. Capitolo 13 Lezione 5 Idrolisi e sistemi 14

16 buretta Bagatti, Corradi, Desco, Ropa, Chimica seconda edizione Capitolo 13. Per la teoria di un acido in acqua libera ioni + e una base libera ioni O O + O + O O Acidi Acidi monoprotici poliprotici (Cl - NO 3 ) ( 2 SO 4-3 PO 4 ) Liberano un Liberano più solo ione +. ioni +. neutralizzazione + (aq) + O (aq) 2 O(l) I prodotti della reazione sono l acqua e un sale, diverso a seconda dell acido e della base che reagiscono. Le titolazioni acidobase consentono di determinare la concentrazione di una soluzione o. In generale, gli acidi deboli, come quelli forti, sono neutralizzati da una quantità stechiometricamente equivalente di base: il p della soluzione dopo la neutralizzazione dipende dal sale formato. + Per la teoria di un acido cede protoni a una base che li acquista. A + :B :A + B + A B base coniugata A + :B :A + B + acido coniugato L equilibrio è spostato verso destra o verso sinistra a seconda della maggiore o minore forza dell acido. In soluzione acquosa gli acidi forti si ionizzano completamente, gli acidi deboli si ionizzano solo parzialmente. Un acido è tanto più forte quanto maggiore è il valore della costante di ionizzazione. Ka = [ 3 O + ] [ A - ] [A] Una base è tanto più forte quanto maggiore è il valore della costante di ionizzazione. Kb = [O ] [B + ] [:B] In soluzione acquosa le basi forti si dissociano completamente, le basi deboli si ionizzano solo parzialmente. Idrolisi Le soluzioni acquose di sali costituiti dal catione di una base forte e dall anione di un acido debole hanno p > 7. + O O O O acido base ione ossidrile ione ossonio Prodotto ionico dell acqua (Kw) Kw = [ 3 O + ] [O ] = 1, L acqua è un elettrolita debolissimo. p e po p = log [ 3 O + ] po = log [O ] p + po = 14 p concentrazione + crescente neutralità concentrazione O crescente [ 3 O + ] > [O ] [ 3 O + ] = [O ] [ 3 O + ] < [O ] Idrolisi Le soluzioni acquose di sali costituiti dall anione di un acido forte e dal catione di una base debole hanno p < 7. Si chiamano soluzioni i sistemi chimici che hanno la caratteristica di conservare quasi inalterato il p, anche se si aggiungono acidi o basi forti. p < 7 p > 7 C 3 COO/C 3 COONa N 3 /N 4 Cl 15