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Reazioni acido-base Lezione 5. Svante August Arrhenius Wijk (Svezia), 1859 – Stoccolma, 1927 Acidi e Basi acidi e basi sono composti che in acqua danno.

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1 Reazioni acido-base Lezione 5

2 Svante August Arrhenius Wijk (Svezia), 1859 – Stoccolma, 1927 Acidi e Basi acidi e basi sono composti che in acqua danno luogo a dissociazione elettrolitica: Acido H + (aq) +... Base OH - (aq) +... Definizione di Arrhenius (1887):

3 Insufficienza della definizione di Arrhenius: Molte basi, come per esempio NH 3, non possono formare OH - (aq) per semplice dissociazione elettrolitica. La reazione acido-base deve essere di tipo diverso.

4 (per acidi e basi in soluzioni acquose) Acido = donatore di protoni Base = accettore di protoni Definizione di Brønsted e Lowry

5 2 H 2 O(l) H 3 O + (aq) + OH - (aq) A 25°C si ha K w =

6 HNO 2 (aq) + H 2 O(l) NO 2 - (aq) + H 3 O + (aq) acido 1 base 1 acido 2 base 2 acido nitroso ione nitrito ione idrossonio coppie acido-base coniugati

7 NH 3 (aq) + H 2 O(l) NH 4 + (aq) + OH - (aq) ammoniaca base 1 base 2 acido 2 acido 1 ione ammonio ione ossidrile

8 HClO 2 (aq) + H 2 O(l) ClO 2 - (aq) + H 3 O + (aq) N 2 H 2 (aq) + H 2 O(l) N 2 H 3 + (aq) + OH - (aq)

9 2 H 2 O(l) H 3 O + (aq) + OH - (aq) Soluzione neutra: [H 3 O + ] = [OH - ] Soluzione acida: [H 3 O + ] > [OH - ] Soluzione basica: [H 3 O + ] < [OH - ] A 25°C si ha Kw = 10-14

10 Soluzione neutra: Soluzione acida: Soluzione basica:

11 a 25°C soluzione acida soluzione basica soluzioneneutra [H 3 O + ] > [OH - ] [H 3 O + ] < [OH - ] [H 3 O + ] [H 3 O + ] > M [OH - ] < M [H 3 O + ] < M [OH - ] > M [H 3 O + ] = [OH - ] = M

12 Aceto Succo darancio Pioggia Latte Sangue Ammoniaca per uso domestico Sostanze di uso quotidiano pH

13 Carenze della teoria di Brønsted e Lowry : Vi sono alcune sostanze che portano ad una variazione del pH di una soluzione senza accettare o donare protoni. Serve un modello più generale di cui gli altri modelli sono dei casi speciali.

14 Definizione di Lewis Acido = accettore di una coppia di elettroni Base = donatore di una coppia di elettroni

15 a 25°C soluzione acida soluzione basica soluzioneneutra pH < pOH pH > pOH pH pH < 7 pOH > 7 pH > 7 pOH < 7 pH = pOH = 7 Cambiando temperatura, come variano le condizioni di pH?

16 H 3 O + (aq) + OH - (aq) 2 H 2 O(l) 2 H 2 O(l) H 3 O + (aq) + OH - (aq) H° < 0 H° < 0 H° > 0 H° > 0

17 Soluzione neutra: A 25°C: pH = 7; a T 7; a T > 25°C: pH 7; a T > 25°C: pH < 7 lnK w 1/T H° > 0 1/T °C T > 25°C T < 25°C

18 T( °C) KwKwKwKwpH 01,14 x ,47 102,92 x ,27 206,81 x ,08 251,01 x ,00 301,47 x ,92 402,92 x ,77 505,47 x ,63 609,61 x ,51

19 Acido debole (K a < 1) in concentrazione c a HA(aq) + H 2 O(l) A - (aq) + H 3 O + (aq) (c a – x)x x (c a – x)x x Se lacido è così debole che x << c a, allora:

20 Base debole (K b < 1) in concentrazione c b B(aq) + H 2 O(l) BH + (aq) + OH - (aq) (c b – x)x x (c b – x)x x Se la base è così debole che x << c b, allora:

21 NaCl(s) Na + (aq) + Cl - (aq) in acqua non dà reazioni acido-base Cl - è la base coniugata di HCl, ma questultimo è un acido così forte che Cl - è una base con forza praticamente nulla IDROLISI DEI SALI (reazioni acido base degli ioni formati per dissociazione elettrolitica)

22 NaNO 2 (s) Na + (aq) + NO 2 - (aq) NO 2 - è la base coniugata di HNO 2, e questultimo è un acido debole quindi… NO 2 - (aq) + H 2 O(l) HNO 2 (aq) + OH - (aq) HNO 2 (aq) + H 2 O(l) NO 2 - (aq) + H 3 O + (aq) IDROLISI BASICA

23 NH 4 Cl(s) NH 4 + (aq) + Cl - (aq) NH 4 + è lacido coniugato di NH 3, e questultimo è una base debole quindi… NH 4 + (aq) + H 2 O(l) NH 3 (aq) + H 3 O + (aq) IDROLISI ACIDA NH 3 (aq) + H 2 O(l) NH 4 + (aq) + OH - (aq)

24 In tutti i casi, per una coppia acido-base coniugati si ha: K a K b = K w Per esempio, per NH 4 + -NH 3 :

25 Riepilogo: Acido debole: Base debole: Idrolisi acida: Idrolisi basica:

26 Quando in una soluzione sono presenti sia un acido debole che la sua base coniugata… se x << c a e x << c b per esempio: HClO(aq) + H 2 O(l) ClO - (aq) + H 3 O + (aq) con c a e c b in quantità paragonabili caca cbcb

27 tampone Un soluzione con un acido debole e la sua base coniugata, con c a e c b in quantità paragonabili, è un tampone. Per esempio: NH 3 (aq) + H 2 O(l) NH 4 + (aq) + OH - (aq) caca cbcb Laggiunta di una piccola quantità di acido sposta la reazione a destra Laggiunta di una piccola quantità di base sposta la reazione a sinistra Il pH non cambia molto in ambedue i casi

28 Riepilogo: Tampone formato da un acido debole e la sua base coniugata: Tampone formato da una base debole e il suo acido coniugato:

29 INDICATORI DI pH HA(aq) + H 2 O(l) A - (aq) + H 3 O + (aq) giallo rosso

30 pH pK a = - log 10 K a giallo rosso arancio Quando [H 3 O + ] >> K a la soluzione appare gialla Quando [H 3 O + ] K a la soluzione appare arancione Quando [H 3 O + ] << K a la soluzione appare rossa Rosso cresolo

31 Timolftaleina Metilarancio Verde di cresolo Fenoftaleina Rosso di metile Indicatori

32 H 3 PO 4 (aq) + H 2 O(l) H 2 PO 4 - (aq) + H 3 O + (aq)K 1 = 7,1×10 -3 H 2 PO 4 - (aq) + H 2 O(l) HPO ( aq) + H 3 O + (aq)K 2 = 6,2×10 -8 HPO 4 - (aq) + H 2 O(l) PO 4 3- (aq) + H 3 O + (aq)K 3 = 4,4× H 2 CO 3 (aq) + H 2 O(l) HCO 3 - (aq) + H 3 O + (aq)K 1 = 4,7×10 -7 HCO 3 - (aq) + H 2 O(l) CO ( aq) + H 3 O + (aq)K 2 = 4,7× H 2 SO 4 (aq) + H 2 O(l) HSO 4 - (aq) + H 3 O + (aq)K 1 = ~10 2 HSO 4 - (aq) + H 2 O(l) SO ( aq) + H 3 O + (aq)K 2 = 1,2×10 -2 ACIDI POLIPROTICI

33 EQUILIBRI DI SOLUBILITÀ NaCl(s) Na + (aq) + Cl - (aq) KOH(s) K + (aq) + OH - (aq) Esempio di elettroliti forti (si dissociano completamente in ioni) molto solubili: AgCl(s) Ag + (aq) + Cl - (aq) CaCO 3 (s) Ca 2+ (aq) + CO 3 2- (aq) Ni(OH) 2 (s) Ni 2+ (aq) + 2 OH - (aq) Ca 3 (PO 4 ) 2 (s) 3 Ca 2+ (aq) + 2 PO 4 3- (aq) Esempio di elettroliti forti poco solubili:

34 Ag 2 CO 3 (s) 2 Ag + (aq) + CO 3 2- (aq) a 25°C K ps = 6,2× Fe(OH) 3 (s) Fe 3+ (aq) + 3 OH - (aq) a 25°C K ps = 1,1× CaCO 3 (s) Ca 2+ (aq) + CO 3 2- (aq) a 25°C K ps = 8,7×10 -9

35 Solubilità = concentrazione del soluto che si scioglie nella soluzione, allequilibrio, ad una certa temperatura. a 25°C Ag 2 CO 3 (s) 2 Ag + (aq) + CO 3 2- (aq) Solubilità (s, in mol L -1 ) in acqua pura: 2s s

36 CaCO 3 (s) Ca 2+ (aq) + CO 3 2- (aq) a 25°C s s Solubilità in acqua pura:

37 Fe(OH) 3 (s) Fe 3+ (aq) + 3 OH - (aq) Solubilità a 25°C in acqua pura: s 3 s Solubilità a 25°C in [OH-]= :


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