Concetti di Acidi e Basi

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Michele Rinaldi
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1 LM85-bis Scienze della formazione primaria Concetti di Acidi e Basi Prof. Federico Teloni Elementi di Chimica A. A

2 Acidi e Basi Acidi e basi sono presenti nella vita quotidiana:

3 Acidi e Basi Comuni

Evoluzione Storica Acido da acidus (LATINO) pungente Base da

3 Primi tentativi di spiegare l acidità e la basicità nel XVII

Tachenius (1620-1690): I processi digestivi vengono considerati

4 Evoluzione Storica Acido da acidus (LATINO) pungente Base da basiz (GRECO) sostenere Alcali da al-qali (ARABO) potassa K 2 CO 3 Primi tentativi di spiegare l acidità e la basicità nel XVII secolo ad opera di Franciscus Sylvius ( ) e Otto Tachenius ( ): I processi digestivi vengono considerati processi chimici tra acidi e basi che si neutralizzavano a vicenda. F. Sylvius

Sapore ed Effervescenza Definizione operativa: Gli acidi erano identificati a partire dal loro sapore e dall effervescenza che si produce quando reagivano con le basi, e le basi erano quei composti

5 Sapore ed Effervescenza Definizione operativa: Gli acidi erano identificati a partire dal loro sapore e dall effervescenza che si produce quando reagivano con le basi, e le basi erano quei composti che davano effervescenza reagendo con gli acidi. Le basi del tempo erano identificate principalmente con i carbonati, es. la soda Na 2 CO 3 e la potassa K 2 CO 3, che sviluppano CO 2 reagendo con gli acidi. Successivamente, grazie ai progressi fatti nello studio e nella preparazione degli idrossidi, es. NaOH, KOH e Ca(OH) 2, si era a poco a poco rinunciato ad identificare le basi con i soli carbonati e si estese il concetto anche agli idrossidi metallici.

Boyle e gli Indicatori Boyle propose anche l uso

piante) per riconoscere agevolmente il carattere

una goccia di sugo di cavolo rosso non miscelato R.

6 Boyle e gli Indicatori Boyle propose anche l uso degli indicatori acido-base (pigmenti estratti dalle piante) per riconoscere agevolmente il carattere acido o basico di una sostanza in soluzione. una goccia di sugo di cavolo rosso non miscelato R. Boyle cavolo rosso Sugo mescolato con bicarbonato Sugo mescolato con aceto

7 Evoluzione Storica Quindi, da un punto di vista operativo, macroscopico, Boyle propose le seguenti proprietà per gli acidi: hanno sapore acido dissolvono molte sostanze (reazioni acide o di ossidoriduzione) precipitano lo zolfo dalle sue soluzioni basiche* modificano il colore delle soluzioni acquose degli indicatori perdono le loro proprietà reagendo con le basi *Zolfo elementare reagisce a caldo con soluzioni concentrate di basi formando disolfuri e tiosolfati

Principio di Acidità: l Ossigeno Antoine Lavoisier (1743-1794) propose una prima spiegazione delle particolari proprietà delle sostanze acide: la presenza dell ossigeno in esse, come principio di

8 Principio di Acidità: l Ossigeno Antoine Lavoisier ( ) propose una prima spiegazione delle particolari proprietà delle sostanze acide: la presenza dell ossigeno in esse, come principio di acidità (nome ossigeno generatore di acidi). Infatti: C, S e P, reagendo con l ossigeno davano origine a composti con proprietà acide (gli acidi erano identificati con le anidridi, o ossidi acidi, es. SO 3 acido solforico, P 2 O 5 acido fosforico, CO 2 acido carbonico). A. L. Lavoisier Gli acidi organici, che venivano via via scoperti e sintetizzati, contenevano sempre ossigeno.

rivelato la presenza dell ossigeno (ipotesi del murio acido muriatico) Doveva esistere un corrispondente

9 Principio di Acidità: l Ossigeno Vi erano però alcuni problemi nella sua teoria: gli ossidi metallici, pur contenendo ossigeno, avevano proprietà basiche e non acide L analisi dell acido cloridrico HCl non aveva rivelato la presenza dell ossigeno (ipotesi del murio acido muriatico) Doveva esistere un corrispondente principio di basicità, che non poteva essere l ossigeno, nonostante il carattere basico degli ossidi metallici.

Principio di Acidità: l Idrogeno Humphry Davy (1778-1829) con l elettrolisi scompose moltissimi composti nei loro

elementi cloro e iodio. Anche altri acidi, come H 2 S e HCN, non contenevano ossigeno.

10 Principio di Acidità: l Idrogeno Humphry Davy ( ) con l elettrolisi scompose moltissimi composti nei loro costituenti elementari: L acido cloridrico e l acido iodidrico non contenevano ossigeno, e furono identificati gli elementi cloro e iodio. Anche altri acidi, come H 2 S e HCN, non contenevano ossigeno. Miglioramenti nelle procedure di analisi degli elementi presenti nei composti portarono Davy a proporre l idrogeno come principio di acidità. H. Davy

fosforico H 3 PO 4 ), sui loro sali e sui derivati di questi ultimi (meta- e

11 Principio di Acidità: l Idrogeno Successivamente J. Liebig ( ) confermò tale ipotesi da studi su acidi polibasici (acido fosforico H 3 PO 4 ), sui loro sali e sui derivati di questi ultimi (meta- e pirofosfati): gli acidi sono composti contenenti idrogeno, in cui l idrogeno stesso può essere sostituito da metalli. J. Liebig

12 La Teoria di Arrhenius Arrhenius propose che gli acidi sono composti la cui dissociazione elettrolitica in acqua dà luogo alla formazione di ioni H + : H 2 O HCl (g) H + (aq) + Cl - (aq) Una dissociazione quantitativamente differente spiega l esistenza di acidi forti e di acidi deboli. Analogamente le basi sono composti la cui dissociazione elettrolitica in acqua porta alla formazione di ioni OH - : H 2 O NaOH (s) Na + (aq) + OH - (aq)

13 La Teoria di Arrhenius La neutralizzazione di HCl e NaOH si rappresenta con l equazione ionica: H + (aq) + Cl - (aq) + Na + (aq) + OH - (aq) Na + (aq) + Cl - (aq) + H 2 O (l) un acido una base un sale acqua O meglio ancora: H + (aq) + OH - (aq) H 2 O (l) una reazione di neutralizzazione implica la combinazione di ioni idrogeno H + e ioni idrossido OH - per formare acqua

La Teoria di Brønsted-Lowry Brönsted (1879-1947) e Lowry (1874-1936)

+ ) e le basi come accettori di protoni.

Lowry HB 1 + B 2 B 1 + HB 2 Gli acidi forti sono quindi quei composti le

14 La Teoria di Brønsted-Lowry Brönsted ( ) e Lowry ( ) proposero allora di considerare gli acidi come donatori di protoni (ioni H + ) e le basi come accettori di protoni. Le reazioni acido-base consistevano perciò in scambio di protoni: T. M. Lowry HB 1 + B 2 B 1 + HB 2 Gli acidi forti sono quindi quei composti le cui basi coniugate, non avendo la tendenza ad accettare protoni, sono basi molto deboli, e viceversa. J. N. Brönsted

15 Acidi Deboli In modo analogo esistono sostanze acide deboli, come l acido acetico che reagiscono con l acqua dando lo ione acetato e ioni idrossonio H 3 O + :

16 Ioni Idrossonio Quando H + è unito ad una coppia di elettroni dell atomo O di H 2 O, lo ione idrossonio risultante forma legami idrogeno con diverse molecole di acqua, fino a 4 molecole H 2 O.

17 Scale di Acidità In base a quanto la reazione è spostata verso la formazione dei prodotti, si può ricavare una scala di acidità. Acidi forti come HCl e HClO 4 reagiscono completamente con l acqua formando H 3 O + (acido più forte possibile in acqua effetto livellante) per decidere quale dei due è più forte si fanno reagire ad es. con etere dietilico (C 2 H 5 ) 2 O. In etere dietilico HClO 4 è completamente ionizzato mentre HCl lo è solo in parte: HClO 4 + H 3 CH 2 C O CH 2 CH 3 ClO H 3 CH 2 C O CH 2 CH 3 H HCl + H 3 CH 2 C O CH 2 CH 3 Cl - + H 3 CH 2 C O CH 2 CH 3 H

18 Scale di Acidità Gli acidi più forti sono nella parte superiore della colonna sinistra e le basi più forti nella parte inferiore della colonna destra: Più forte è l acido, più debole sarà la sua base coniugata!

Concetti di ph e poh Il chimico danese Søren Sørensen divenne dal 1901 direttore del prestigioso Laboratorio Carlsberg, fondato dall'industriale

Egli definì il ph come il valore negativo del logaritmo di [H + ]: Si può anche definire la grandezza poh: ph = -log [H 3 O + ] poh = -log [OH - ]

19 Concetti di ph e poh Il chimico danese Søren Sørensen divenne dal 1901 direttore del prestigioso Laboratorio Carlsberg, fondato dall'industriale danese che creò l'omonima birreria. Nel 1909 propose il termine ph per indicare il potenziale dello ione idrogeno. Egli definì il ph come il valore negativo del logaritmo di [H + ]: Si può anche definire la grandezza poh: ph = -log [H 3 O + ] poh = -log [OH - ] Poiché K w = [H 3 O + ][OH - ] = 1.0 x 10-14, -logk w = -(log[h 3 O + ][OH - ]) = -log(1.0x10-14 ) pk w = -(log[h 3 O + ] + log[oh - ]) = -(-14.00) = S. Sørensen pk w = ph + poh = 14.00

20 Concetti di ph e poh Una soluzione acquosa con [H 3 O + ] = [OH - ] è detta neutra. Se [H 3 O + ] > [OH - ] essa è acida, se [H 3 O + ] < [OH - ] è basica.

21 Relazione tra [H 3 O + ], ph, [OH - ] e poh

A scopi pratici la scala di ph è però utile soprattutto nell intervallo: 2 < ph < 12 poiché le

22 Scala di ph La scala di ph può andare anche a valori negativi, quasi fino a -1, corrispondente ad [H 3 O + ] 10 M, così come a valori maggiori di 14, fino a circa 15 ([OH - ] 10 M). A scopi pratici la scala di ph è però utile soprattutto nell intervallo: 2 < ph < 12 poiché le molarità di H 3 O + ed OH - in acidi e basi concentrati possono differire di molto dalle loro vere attività.

indissociato Nella forma basica si osserva il colore della base coniugata Si osserva

23 Indicatori Acido-Base Il colore di alcune sostanze dipende dal ph. HIn + H 2 O In - + H 3 O + Nella forma acida si osserva il colore dell acido indissociato Nella forma basica si osserva il colore della base coniugata Si osserva un colore intermedio tra questi due stati. La variazione completa di colore avviene in un intervallo di 2 unità di ph.

24 Indicatori Naturali cavolfiore rosso colore iniziale

25 ESPERIMENTI

Indicatore Universale di ph È una miscela complessa

di carta - cartine al tornasole - che vengono immerse

26 Indicatore Universale di ph È una miscela complessa di varie sostanze, acidi deboli naturali con diversi gruppi cromofori. Viene utilizzato principalmente supportato su strisce di carta - cartine al tornasole - che vengono immerse o poste a contatto con il campione di cui si desidera conoscere l'acidità o la basicità.

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Modulo di Chimica VII lezione. Acidi e basi Il ph Modulo di Chimica VII lezione Acidi e basi Il ph Un po di etimologia Acido: dal latino acidus (ac, essere pungente) Base: dal greco βασιξ (sostenere) Alcali: dall arabo al-qalì (potassa, dalle ceneri di