15/09/17 Valitutti,Falasca, Amadio Chimica: molecole in movimento © Zanichelli editore 2017 1

Chimica molecole in movimento Valitutti, Falasca, Amadio 15/09/17 Valitutti, Falasca, Amadio Chimica molecole in movimento Seconda edizione di Esploriamo la chimica.verde 2

Capitolo 17 Acidi e basi si scambiano protoni 15/09/17 Capitolo 17 Acidi e basi si scambiano protoni Le teorie sugli acidi e sulle basi La teoria di Arrhenius La teoria di Brønsted e Lowry La teoria di Lewis La ionizzazione dell’acqua Valitutti,Falasca, Amadio Chimica: molecole in movimento © Zanichelli editore 2017 3

Capitolo 17 Acidi e basi si scambiano protoni 15/09/17 Capitolo 17 Acidi e basi si scambiano protoni Il pH e la forza degli acidi e delle basi Come calcolare il pH di soluzioni acide e basiche La neutralizzazione: una reazione tra acidi e basi Valitutti,Falasca, Amadio Chimica: molecole in movimento © Zanichelli editore 2017 4

Capitolo 17 Acidi e basi si scambiano protoni 15/09/17 Capitolo 17 Acidi e basi si scambiano protoni L’idrolisi: anche i sali fanno cambiare il pH

1. Le teorie sugli acidi e sulle basi 15/09/17 1. Le teorie sugli acidi e sulle basi Le proprietà di acidi e basi sono state descritte la prima volta da Boyle nel 1660. Nel 1787 Lavoisier formula una prima ipotesi sulla composizione degli acidi. La prima teoria su acidi e basi fu formulata da Arrhenius nel 1884.

15/09/17 2. La teoria di Arrhenius Secondo Arrhenius gli acidi sono sostanze che, sciolte in acqua, liberano ioni H+ (H3O+). Le basi sono sostanze che, sciolte in acqua, liberano ioni OH-. HCl(g)  H+(aq)+ Cl-(aq) NaOH(s)  Na+(aq)+ Cl-(aq) 7

2. La teoria di Arrhenius Gli acidi si distinguono in 15/09/17 2. La teoria di Arrhenius Gli acidi si distinguono in acidi monoprotici se sono in grado di liberare un solo H+; acidi poliprotici se liberano più ioni H+. 8

15/09/17 2. La teoria di Arrhenius Il limite della teoria di Arrhenius risiede nel fatto che è applicabile solo alle soluzioni acquose. 9

3. La teoria di Brønsted e Lowry 15/09/17 3. La teoria di Brønsted e Lowry Secondo Brønsted e Lowry un acido è una qualsiasi molecola o ione in grado di donare protoni; una base è una qualsiasi molecola o ione che può accettare un protone. 10

3. La teoria di Brønsted e Lowry 15/09/17 3. La teoria di Brønsted e Lowry Un donatore di protoni è una qualsiasi specie che ha atomi di idrogeno legati covalentemente ad altri atomi più elettronegativi. Un accettore di protoni può essere qualsiasi molecola neutra o anione che abbia disponibile una coppia di elettroni.

3. La teoria di Brønsted e Lowry 15/09/17 3. La teoria di Brønsted e Lowry La teoria di Brønsted e Lowry amplia la classificazione degli acidi e delle basi poiché non è indispensabile la presenza di acqua. 12

3. La teoria di Brønsted e Lowry 15/09/17 3. La teoria di Brønsted e Lowry Ogni acido, donando il proprio protone, si trasforma in una base, chiamata base coniugata; analogamente ogni base, accettando il protone, si converte nel corrispondente acido coniugato. 13

3. La teoria di Brønsted e Lowry 15/09/17 3. La teoria di Brønsted e Lowry Sono anfiprotiche le sostanze che, come l’acqua, possono sia accettare sia donare protoni. 14

15/09/17 4. La teoria di Lewis Secondo Lewis un acido è una specie (molecola o ione) che può accettare una coppia di elettroni. Una base è una specie (molecola o ione) capace di donare una coppia di elettroni liberi da legami. 15

5. La ionizzazione dell’acqua 15/09/17 5. La ionizzazione dell’acqua La reazione di ionizzazione dell’acqua o autoprotolisi, è una reazione acido-base in cui la formazione degli ioni avviene per scambio di un protone fra due molecole d’acqua. 16

5. La ionizzazione dell’acqua 15/09/17 5. La ionizzazione dell’acqua La costante di equilibrio è: A 25 °C il valore di Keq è 1,8  10-16; sono pochissime le molecole di acqua ionizzate per cui si può considerare [H2O] costante e inglobare il suo valore nella Keq. 17

5. La ionizzazione dell’acqua 15/09/17 5. La ionizzazione dell’acqua La Kw, come tutte le costanti di equilibrio, varia con la temperatura e si chiama prodotto ionico dell’acqua.

5. La ionizzazione dell’acqua 15/09/17 5. La ionizzazione dell’acqua Se [H3O+] > 10–7 M l’ambiente è acido; Se [H3O+] = 10–7 M l’ambiente è neutro; Se [H3O+] < 10–7 M l’ambiente è basico. 19

6. Il pH e la forza degli acidi e delle basi 15/09/17 6. Il pH e la forza degli acidi e delle basi Il pH misura il grado di acidità di una sostanza e si definisce come il logaritmo negativo in base 10 della concentrazione molare degli ioni H+: pH = – log[H+] 20

6. Il pH e la forza degli acidi e delle basi 15/09/17 6. Il pH e la forza degli acidi e delle basi Analogamente il pOH misura il grado di basicità di una sostanza e si definisce come il logaritmo negativo in base 10 della concentrazione molare degli ioni OH–. pOH = – log[OH–] 21

6. Il pH e la forza degli acidi e delle basi 15/09/17 6. Il pH e la forza degli acidi e delle basi Mettendo insieme le due annotazioni si ottiene la relazione fondamentale pKw = pH + pOH ovvero 14 = pH + pOH 22

6. Il pH e la forza degli acidi e delle basi 15/09/17 6. Il pH e la forza degli acidi e delle basi 23

6. Il pH e la forza degli acidi e delle basi 15/09/17 6. Il pH e la forza degli acidi e delle basi Gli acidi e le basi, posti in soluzioni acquosa, assumono comportamenti diversi, in base ai quali vengono classificati come forti o deboli. Sono considerati forti quegli acidi e quelle basi che in acqua sono completamente ionizzati. 24

6. Il pH e la forza degli acidi e delle basi 15/09/17 6. Il pH e la forza degli acidi e delle basi La costante di equilibrio di questo tipo di reazioni è detta costante di ionizzazione acida (Ka): L’acqua non è riportata in quanto viene considerata liquido puro. 25

6. Il pH e la forza degli acidi e delle basi 15/09/17 6. Il pH e la forza degli acidi e delle basi Gli acidi si dicono forti se hanno la Ka molto grande e si ionizzano completamente e deboli se hanno Ka piccola e non si ionizzano completamente. 26

6. Il pH e la forza degli acidi e delle basi 15/09/17 6. Il pH e la forza degli acidi e delle basi Secondo la teoria di Brønsted e Lowry, una specie è basica se può acquistare un protone dall’acqua secondo la reazione: B + H2O ⇄ BH+(aq) + OH–(aq) 27

6. Il pH e la forza degli acidi e delle basi 15/09/17 6. Il pH e la forza degli acidi e delle basi La costante di equilibrio di questo tipo di reazioni è detta costante di ionizzazione basica (Kb) ed è L’acqua non è riportata in quanto viene considerata liquido puro. 28

7. Come calcolare il pH di soluzioni acide e basiche 15/09/17 7. Come calcolare il pH di soluzioni acide e basiche Nel caso di acidi deboli: Nel caso di basi deboli: e dal pOH si ricava poi il pH

7. Come calcolare il pH di soluzioni acide e basiche 15/09/17 7. Come calcolare il pH di soluzioni acide e basiche Il pH di una soluzione si misura tramite gli indicatori. Gli indicatori sono sostanze che assumono colorazioni diverse a seconda del pH della soluzione in cui si trovano. L’intervallo dove sono presenti due colori è detto intervallo di viraggio. 30

8. La neutralizzazione: una reazione tra acidi e basi 15/09/17 8. La neutralizzazione: una reazione tra acidi e basi La neutralizzazione è una reazione fra un acido e una base in quantità stechiometricamente equivalenti che porta alla formazione di sale e di acqua, con liberazione di calore. 31

8. La neutralizzazione: una reazione tra acidi e basi 15/09/17 8. La neutralizzazione: una reazione tra acidi e basi La titolazione è una tecnica di analisi quantitativa che permette di determinare la concentrazione incognita di una soluzione tramite aggiunte progressive di un’altra soluzione a titolo noto, detta titolante. 32

8. La neutralizzazione: una reazione tra acidi e basi 15/09/17 8. La neutralizzazione: una reazione tra acidi e basi 33

9. L’idrolisi: anche i sali fanno cambiare il pH 15/09/17 9. L’idrolisi: anche i sali fanno cambiare il pH L’idrolisi è la reazione fra gli ioni del sale disciolto e le molecole d’acqua. 34

9. L’idrolisi: anche i sali fanno cambiare il pH 15/09/17 9. L’idrolisi: anche i sali fanno cambiare il pH Tutti gli anioni e i cationi provenienti da acidi o da basi forti, quando vengono disciolti in acqua, non fanno variare il pH. 35

9. L’idrolisi: anche i sali fanno cambiare il pH 15/09/17 9. L’idrolisi: anche i sali fanno cambiare il pH Se il sale contiene un anione che è la base coniugata di un acido debole forma soluzioni basiche. 36

9. L’idrolisi: anche i sali fanno cambiare il pH 15/09/17 9. L’idrolisi: anche i sali fanno cambiare il pH Se il sale contiene un catione che è l’acido coniugato di una base debole forma soluzioni acide. 37

9. L’idrolisi: anche i sali fanno cambiare il pH 15/09/17 9. L’idrolisi: anche i sali fanno cambiare il pH Le soluzioni tampone contengono una coppia acido-base coniugata in cui le concentrazioni di acido e di base, entrambi non forti, sono circa dello stesso ordine di grandezza. 38

9. L’idrolisi: anche i sali fanno cambiare il pH 15/09/17 9. L’idrolisi: anche i sali fanno cambiare il pH Le soluzioni tampone sono soluzioni che resistono al cambiamento del pH per moderate aggiunte di acido o di base. 39