Diapositive n. 3, 4 Ma quali sono le proprietà degli acidi e delle basi?

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1 it Acidi e basi. Diapositiva n. 2 La parola acido viene dal latino acidum che significa aspro, pungente. La parola alcali (le parole alcali e basi sono sinonimi) viene dall arabo al-qalì che sta ad indicare la potassa contenuta nella cenere di legna, le cui soluzioni sono fortemente basiche (= hanno un azione fortemente irritante sui tessuti). A quale epoca risale l idea di acido e di base? Chi canta canzoni ad un afflitto è come chi si toglie il vestito in un giorno di freddo e come aceto sulla soda (Bibbia cap. 20 Libro dei Proverbi) In altri libri dell Antico Testamento si parla di latte acido e dell azione purificatrice di soda e potassa. Ciò dimostra che l idea di acido, di alcali e di reazione chimica è da tempo patrimonio culturale dell umanità. E oggi? Non occorre avere dimestichezza con la chimica per riconoscere, utilizzando il gusto o le proprietà aggressive, agli alimenti quali l aceto, il succo di limone, al liquido delle batterie ed anche alle bibite tipo cola, i caratteri tipici delle sostanze acide; mentre ai prodotti di uso domestico quale le soda riconoscere il carattere basico mediante il tatto perché scivolosi e adatti a rimuovere lo sporco. Molti dei prodotti (classificabili in chimica come miscugli omogenei e/o eterogenei), normalmente usati in casa, presentano caratteristiche acide o basiche. Ne sono esempi: saponi, detersivi, medicine e alimenti Diapositive n. 3, 4 Ma quali sono le proprietà degli acidi e delle basi? Acidi Sono di sapore aspro Corrodono facilmente molti metalli Fanno diventare rosso il tornasole, una sostanza estratta da un lichene Basi Hanno un sapore amarognolo Sono saponose al tatto Si mostrano corrosive solo per alcuni metalli Fanno diventare blu il tornasole Alcuni alimenti quali l aceto, il limone e lo yogurt presentano un tipico sapore aspro che viene meglio definito come acido. Tale sapore è causato da particolari sostanze contenute in questi prodotti dette acidi: l acido acetico, nel caso dell aceto, l acido citrico, nel caso del succo del limone e l acido lattico nel caso dello yogurt. Alcuni acidi possono essere molto pericolosi. Fra questi vi è l acido cloridrico (commercialmente chiamato acido muriatico, usato per togliere le incrostazioni da calcare), o l acido solforico usato per sturare i bagni, o ancora l acido fluoridrico usato per togliere le macchie di ruggine dai tessuti. Altre sostanze, invece, presentano un gusto differente. Se, ad esempio, sciogliamo un cucchiaino di bicarbonato di sodio in un bicchiere d acqua, la soluzione ha un sapore amarognolo. Il bicarbonato di sodio e le sostanze che presentano lo stesso comportamento sono dette basi. Fra le basi di comune impiego vi sono l idrossido di ammonio (ammoniaca) e l ipoclorito di sodio (candeggina), usati come prodotti per la pulizia delle superfici, e l idrossido di sodio contenuto nei prodotti per la pulizia delle tubazioni degli scarichi casalinghi. 1

2 Anche nel nostro organismo sono presenti sia sostanze acide, sia sostanze basiche. Nello stomaco, ad esempio, viene secreto acido cloridrico (HCl). Sono, invece, basici i succhi pancreatici; leggermente basico è il sangue. Teorie sugli acidi e le basi. a. Acidi a basi secondo Arrhenius (Diapositiva n. 7) Sebbene altri (Glauber, Boyle, Lavoisier, von Liebig) prima di lui abbiano parlato di acidi e basi, solitamente si attribuisce la paternità della definizione di acido e di base (fondata sulla loro capacità di condurre la corrente elettrica in soluzione acquosa) al il chimico svedese Svante Arrhenius. Nel 1887 egli propose le seguenti definizioni di acido e di base: Gli acidi di Arrhenius sono sostanze che in soluzione acquosa liberano ioni H + : HA H + + A La basi di Arrhenius sono sostanze che in soluzione acquosa liberano ioni OH : BOH B + + OH Gli idracidi e gli ossiacidi sono esempi di acidi di Arrhenius. Le basi di Arrhenius sono gli idrossidi dei metalli del primo e secondo gruppo della tavola periodica, come NaOH, KOH, Ca(OH) 2. Infatti, in questi composti il legame fra l ossigeno ed il metallo è ionico per cui in acqua si dissociano liberando ioni OH. b. Acidi a basi secondo Brønsted-Lowry (Diapositive n. 8, 9, 10, 11) Nel 1923 il chimico danese Johannes Brønsted e l inglese Thomas Lowry, indipendentemente l'uno dall'altro, proposero una definizione più generale di acidi e basi: Un acido è una sostanza in grado di cedere ioni H + (protoni) Una base è una sostanza in grado di acquistare ioni H + (protoni) Secondo la teoria di Brønsted e Lowry una reazione acido-base consiste nel trasferimento di un protone da un acido ad una base (notare l indispensabile presenza di una base, perché un acido possa esplicare le sue proprietà acide). H A + : B : A + H B + acido base La definizione di base data da Brønsted e Lowry è più estensiva di quella data da Arrhenius: anche sostanze come l ammoniaca e gli ossidi metallici, non classificabili come basi da Arrhenius, sono basi di Brønsted. In particolare, per l ammoniaca si ha: + NH 3 + H 2 O NH 4 + OH ammoniaca acqua ione ammonio ione idrossido (base) (acido) Inoltre, la teoria di Brønsted-Lowry non considera l acqua come un composto neutro, ma come un composto anfotero: un acido (in grado di cedere protoni) o una base (in grado di acquistare protoni) a seconda della reazione a cui partecipa. Nella reazione di dissociazione dell acido cloridrico, l acido di Brønsted (HCl) cede un protone all acqua (base di Brønsted): HCl + H 2 O H 3 O + + Cl acido base Nella reazione dell ammoniaca in acqua, l acido di Brønsted (H 2 O) cede un protone all ammoniaca (base di Brønsted): NH 3 + H 2 O NH OH base acido 2

3 La teoria di Brønsted-Lowry considera le reazioni come equilibri dinamici fra prodotti e reagenti, introducendo i concetti di coppie coniugate acido/base. Ogni acido di Brønsted, cedendo uno ione H +, genera una specie chimica che può rilegarsi ad esso, secondo il concetto dell'equilibrio chimico e quindi della reversibilità delle reazioni. La specie generata è detta base coniugata dell'acido. Ogni base di Brønsted, acquistando uno ione H +, genera una specie chimica che può rilasciarlo, secondo il concetto dell'equilibrio chimico e quindi della reversibilità delle reazioni. La specie generata è detta acido coniugato della base. Nella reazione precedente sono presenti le due coppie acido/base: HA/A e HB + /B L'acqua che, come abbiamo detto, viene vista come un composto anfotero, potendo sia cedere che acquistare ioni H +, presenta due coppie coniugate acido/base H 3 O + / H 2 O H 2 O / OH acido base acido base Ovviamente se un acido è forte, con una elevata tendenza a cedere ioni H +, la sua base coniugata sarà debole, manifestando una scarsa tendenza ad acquistare ioni H + (e viceversa). Ricapitolando, rispetto alla teoria di Arrhenius, nella teoria di Brönsted- Lowry: una base è una specie chimica che accetta protoni (lo ione idrossido OH è solo un esempio di base); le reazioni acido-base non sono più limitate alle soluzioni acquose; alcune specie possono agire sia come acidi sia come basi, a seconda della natura dell altra specie reagente. c. Acidi a basi secondo Lewis (Diapositiva n. 12) La definizione più estensiva di acido e base è stata proposta da Gilbert N. Lewis (1923). Un acido di Lewis è una sostanza (elettrofila) in grado di accettare doppietti elettronici Una base di Lewis è una sostanza (nucleofila) in grado di cedere doppietti elettronici La reazione tra un base ed un acido di Lewis viene rappresentata con frecce curve che partono dal doppietto elettronico della base e vanno all orbitale vuoto dell acido. È possibile verificare che tutti gli acidi e le basi di Brønsted sono anche acidi e basi di Lewis. HCl + H 2 O H 3 O + + Cl Ad esempio NH 3 + H + NH 4 + 3

4 Ma la reazione tra il tricloruro di alluminio e l ammoniaca può essere descritta come una reazione acido/base solo secondo Lewis: AlCl 3 + :NH 3 AlCl 3 :NH 3 Pertanto, il tricloruro di alluminio è un acido di Lewis, mentre non è un acido di Brønsted. Perché AlCl 3 è un acido di Lewis? Al cloro mancano due elettroni per completare l ottetto esterno, che esso può reperire dall ammoniaca. 4

5 Gli acidi e le basi come elettroliti: forza degli acidi e delle basi. Diapositive n. 14, 15. Le sostanze che in soluzione acquosa si scindono in ioni positivi e negativi in grado di condurre, in varia misura, la corrente elettrica, vengono chiamate elettroliti. Gli ioni rappresentano i veicoli per il trasporto dell elettricità. Maggiore è il numero di ioni presenti, maggiore è la conducibilità della soluzione dell elettrolita. Sono elettroliti gli acidi, le basi, e i sali. Il termine dissociazione si riferisce alla scissione in ioni di carica opposta, che subiscono, per intervento dell acqua, i composti ionici. Il termine ionizzazione si riferisce alla separazione in ioni di carica opposta che subiscono i composti covalenti polari all atto della loro dissoluzione in acqua. Dissociazione Ionizzazione Gli elettroliti che in soluzione presentano tutte le molecole dissociate in ioni sono chiamati elettroliti forti (es: NaCl, HCl, H 2 SO 4, ecc.). Gli elettroliti dei quali, invece, solo una piccola frazione è dissociata in ioni si chiamano elettroliti deboli (es: acido acetico, H 2 CO 3, acido citrico, NH 3, ecc.). Ad esempio una soluzione di cloruro di sodio ( sale da cucina ) è un buon conduttore; una soluzione di acido acetico (presente nell aceto) è un cattivo conduttore. In base al loro comportamento in acqua si distinguono acidi forti o deboli. Analogamente è per le basi. 5