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Le scienze naturali Jay Phelan, Maria Cristina Pignocchino 13/11/11 Jay Phelan, Maria Cristina Pignocchino Le scienze naturali Le trasformazioni nella materia e il corpo umano 2 2 2

nelle soluzioni acquose 13/11/11 Capitolo 2 Gli equilibri nelle soluzioni acquose 3 Phelan, Pignocchino Le scienze naturali © Zanichelli editore 2016 3 3

Acidi e basi in soluzione acquosa Lezione 1 4 13/11/11 4 Phelan, Pignocchino Le scienze naturali © Zanichelli editore 2016 4 4

1. Le proprietà macroscopiche degli acidi e delle basi 13/11/11 1. Le proprietà macroscopiche degli acidi e delle basi Acidi e basi in soluzione acquosa presentano proprietà che li rendono facilmente riconoscibili. Quando sono mescolati reagiscono producendo un sale e si neutralizzano a vicenda. 5 Phelan, Pignocchino Le scienze naturali © Zanichelli editore 2016 5 5

2. L’acqua pura è poco ionizzata 13/11/11 2. L’acqua pura è poco ionizzata L’acqua pura va incontro ad autoprotolisi, mediante una reazione reversibile che produce ioni idronio e ioni iossidrile. La costante di equilibrio della reazione è il prodotto ionico dell’acqua. A 25 °C si esprime con questa formula: Kw = [H3O+][OH–] = 1  10–14 6 Phelan, Pignocchino Le scienze naturali © Zanichelli editore 2016 6 6

3. Acidi e basi interagiscono con l’acqua /1 13/11/11 3. Acidi e basi interagiscono con l’acqua /1 Acidi e basi interferiscono con l’equilibrio di autoprotolisi dell’acqua, ma non modificano il valore di Kw. Gli acidi sono sostanze che causano un aumento della concentrazione degli ioni H3O+ e una diminuzione della concentrazione degli ioni OH–. In genere un acido si ionizza in acqua in questo modo: HA(l) H3O+(aq) + A–(aq) +H2O(l) 7 Phelan, Pignocchino Le scienze naturali © Zanichelli editore 2016 7 7

3. Acidi e basi interagiscono con l’acqua /2 13/11/11 3. Acidi e basi interagiscono con l’acqua /2 Le basi causano un aumento della concentrazione degli ioni OH– e una diminuzione della concentrazione degli ioni H3O+. Ammoniaca e ammine reagiscono secondo questo schema: B(l) BH+(aq) + OH–(aq) +H2O(l) 8 Phelan, Pignocchino Le scienze naturali © Zanichelli editore 2016 8 8

4. La forza degli acidi e delle basi /1 13/11/11 4. La forza degli acidi e delle basi /1 Un acido è tanto più forte quanto più incrementa la concentrazione di ioni H3O+ in soluzione. Il valore della costante di acidità Ka è tanto più grande quanto più l’acido è forte. [HA] Ka= [H3O+][A–] 9 Phelan, Pignocchino Le scienze naturali © Zanichelli editore 2016 9 9

4. La forza degli acidi e delle basi /2 13/11/11 4. La forza degli acidi e delle basi /2 Una base è tanto più forte quanto più incrementa la concentrazione degli ioni OH–. Il valore della costante di basicità Kb è tanto più grande quanto più la base è forte. [B] Kb= [OH–][BH+] 10 Phelan, Pignocchino Le scienze naturali © Zanichelli editore 2016 10 10

Le reazioni acido-base secondo Brønsted e Lowry 13/11/11 Lezione 2 Le reazioni acido-base secondo Brønsted e Lowry 11 Phelan, Pignocchino Le scienze naturali © Zanichelli editore 2016 11 11

5. Acidi e basi si scambiano protoni /1 13/11/11 5. Acidi e basi si scambiano protoni /1 Secondo la teoria di Brønsted e Lowry un acido è un donatore di protoni (cioè ioni H+) e una base è un accettore di protoni. Le reazioni di scambio di protoni sono chiamate reazioni acido-base e sono reversibili. 12 Phelan, Pignocchino Le scienze naturali © Zanichelli editore 2016 12 12

5. Acidi e basi si scambiano protoni /2 13/11/11 5. Acidi e basi si scambiano protoni /2 Quando cede un protone, ogni acido si trasforma nella sua base coniugata. Quando acquista un protone, ogni base si trasforma nel suo acido coniugato. 13 Phelan, Pignocchino Le scienze naturali © Zanichelli editore 2016 13 13

6. Sostanze anfiprotiche e poliprotiche 13/11/11 6. Sostanze anfiprotiche e poliprotiche Le sostanze anfiprotiche come l’acqua possono comportarsi come acidi o come basi in relazione alle sostanze con cui interagiscono. Un acido poliprotico è una sostanza che può cedere due o più protoni. Una base poliprotica è una sostanza che può acquistare due o più protoni. 14 Phelan, Pignocchino Le scienze naturali © Zanichelli editore 2016 14 14

7. La forza di acidi e basi è relativa 13/11/11 7. La forza di acidi e basi è relativa In soluzione acquosa la forza di un acido o di una base si misura per confronto all’acqua. In una coppia coniugata acido-base la forza dell’uno è inversamente proporzionale a quella dell’altra. 15 Phelan, Pignocchino Le scienze naturali © Zanichelli editore 2016 15 15

Le misure di pH Lezione 3 16 13/11/11 16 Phelan, Pignocchino Le scienze naturali © Zanichelli editore 2016 16 16

13/11/11 8. La scala del pH /1 Le proprietà acide o basiche di una soluzione variano in relazione non solo alla forza dell’acido o della base, ma anche alla sua concentrazione. Il pH di una soluzione è il logaritmo negativo in base 10 della concentrazione dello ione H3O+ in soluzione: pH = –log[H3O+] 17 Phelan, Pignocchino Le scienze naturali © Zanichelli editore 2016 17 17

13/11/11 8. La scala del pH /2 A 25 °C le soluzioni neutre hanno pH = 7, le soluzioni acide hanno pH < 7, le soluzione basiche hanno pH > 7. 18 Phelan, Pignocchino Le scienze naturali © Zanichelli editore 2016 18 18

9. Il pH si misura o si calcola /1 13/11/11 9. Il pH si misura o si calcola /1 Il pH di una soluzione può essere misurato sperimentalmente con due metodi: uno strumento chiamato pH-metro; l’uso di indicatori acido-base. 19 Phelan, Pignocchino Le scienze naturali © Zanichelli editore 2016 19 19

9. Il pH si misura o si calcola /2 13/11/11 9. Il pH si misura o si calcola /2 La cartina dell’indicatore universale assume tonalità diverse in un ambito esteso quanto la scala del pH. Il pH può essere anche calcolato teoricamente conoscendo la concentrazione della soluzione e la forza dell’acido e della base. 20 Phelan, Pignocchino Le scienze naturali © Zanichelli editore 2016 20 20

Le soluzioni saline e il pH 13/11/11 Lezione 4 Le soluzioni saline e il pH 21 Phelan, Pignocchino Le scienze naturali © Zanichelli editore 2016 21 21

10. Le reazioni di neutralizzazione 13/11/11 10. Le reazioni di neutralizzazione Quando si mescola in soluzione un acido e una base, avviene una reazione chiamata neutralizzazione, che produce un sale e acqua. acido + base → sale + acqua Si raggiunge la neutralità solo se il numero di ioni H3O+ prodotti dall’acido è uguale al numero di ioni OH– rilasciati dalla base. 22 Phelan, Pignocchino Le scienze naturali © Zanichelli editore 2016 22 22

11. Non sempre le soluzioni contenenti sali sono neutre /1 13/11/11 11. Non sempre le soluzioni contenenti sali sono neutre /1 L’anione di un sale può essere considerato come la base coniugata di un acido, il catione come l’acido coniugato di una base. Producono soluzioni neutre solo i sali che contengono anioni e cationi che si comportano, rispettivamente, come basi e acidi di forza simile. 23 Phelan, Pignocchino Le scienze naturali © Zanichelli editore 2016 23 23

11. Non sempre le soluzioni contenenti sali sono neutre /2 13/11/11 11. Non sempre le soluzioni contenenti sali sono neutre /2 Se i sali contengono anioni e cationi con forza diversa, le soluzioni sono acide (il catione è più forte dell’anione) o basiche (l’anione è più forte del catione). 24 Phelan, Pignocchino Le scienze naturali © Zanichelli editore 2016 24 24

12. I sistemi tampone impediscono forti variazioni di pH 13/11/11 12. I sistemi tampone impediscono forti variazioni di pH I sistemi tampone sono miscele di soluti che si oppongono alle variazioni di pH. Sono formati da un acido debole e dalla sua base coniugata o da una base debole e dal suo acido coniugato. pHtampone = pKa per un tampone acido pHtampone = pKb per un tampone basico 25 Phelan, Pignocchino Le scienze naturali © Zanichelli editore 2016 25 25