ACIDI e BASI: Teoria di Arrhenius ( )

Presentazione sul tema: "ACIDI e BASI: Teoria di Arrhenius ( )"— Transcript della presentazione:

1 ACIDI e BASI: Teoria di Arrhenius (1880-1890)
Lezione 21 Acidi e basi, pH ACIDI e BASI: Teoria di Arrhenius ( ) Acido sostanza che contiene idrogeno e che in acqua libera ioni H+ HA → H+ + A- HCl  H+ + Cl acido cloridrico H2SO4  2 H+ + SO acido solforico Base sostanza che contiene gruppi OH- e che in acqua libera ioni OH- MOH → M+ + OH- Na OH  Na+ + OH idrossido di sodio Ca (OH)2  Ca OH idrossido di calcio caratteristiche degli acidi: sapore ‘acido’ (agro, aspro), corrosivi caratteristiche delle basi: sapore ‘metallico’, corrosive, lisciviose, saponose al tatto

2 H+ + OH- → H2O normalmente Acido + acido non reagiscono
   Base + base non reagiscono Acido + base → sale reagiscono (neutralizzazione) HA + MOH → MA + H2O H+ + A M+ + OH- → M+ + A- + H2O acido base sale H+ + OH- → H2O

3 L’acqua nelle reazioni acido-base. Il pH
H2O H+ + OH- + H+ 2 H2O H3O+ + OH- “dissociazione dell’acqua”, reazione di autodissociazione o autoprotolisi

4   H2O H+ + OH- 2 H2O H3O+ + OH- Kc = [OH-][ H3O+] /[H2O]2 = 3, a 25°C [H2O] è ca. costante [H2O] = moli/V = [1000g/( g/mole)]/1L = moli/l Kw = Kc [H2O]2 = [H3O+][OH-] = 1,0 x M2 a 25°C Kw = [H3O+] [OH-] = costante di autoprotolisi o prodotto ionico dell’acqua  pKw = - log Kw = - log (1,0 x ) = 14,00

5 Acqua pura : [H3O+]=[OH-] Kw = 1.10-14= [H3O+][OH-]=[H3O+]2
[H3O+] = = 1, M il pH è uguale al logaritmo decimale, cambiato di segno, del valore numerico della molarità degli ioni H3O+ pH = -log [H3O+] ; [H3O+] = 10-pH in acqua pura (25°C) -log[H3O+] = pH = 7 soluzione neutra [H3O+] > 10-7; pH < 7 soluzione acida [OH-] > [H3O+] = 10-14/[OH-] < pH > 7 soluzione basica

6 Soluz. acida neutra basica
[H3O+]>[OH-] [H3O+]=[OH-] [H3O+]<[OH-] pH <7, , >7,00 Soluz. acida neutra basica

7 2,18.10-2 moli di OH- in 150 cm3 di soluzione
Esercizio 1 Calcolare il pH delle seguenti soluzioni e dire se sono acide, basiche o neutre. [H3O+] = 3, M 2, moli di OH- in 150 cm3 di soluzione 4, moli di H3O+ in 100 mL di soluzione 2, moli di OH- in 25,0 cm3 di soluzione risposta pH = - log 3, = 9, basica [OH-] = 2, /0,15 = 1, p[OH-] = - log 1, = 0,838 pH =14 - p[OH-] = 14 – 0,838 = 13, oppure [H3O+] = / [OH-] = / 1, = 6, pH =-log 6, = 13, basica etc.

8 Esercizio 2 Calcolare la concentrazione di ioni H3O+ e di ioni OH- di una soluzioni acquosa avente pH = 2,87 Risposta [H3O+] = ,87 = 1, mol/L [H3O+] [OH-] = [OH-] = / 1, = 7,

9 Limiti della teoria di Arrhenius
Come spiegare il comportamento basico di NH3, Na2CO3, K2CO ?

10 ACIDI E BASI: Teoria di Brønsted ( 1923)
 Acido: sostanza donatrice di protoni (H+) Base: sostanza accettrice di protoni (H+) Spiega il comportamento basico di CO32- e di NH3 CO H2O HCO OH- base acido NH H2O NH OH- base acido H2O acido

11 D’altra parte mettendo un acido (HA) in H2O
HA H2O H3O+ + A- acido base H2O base H2O è anfotera (capace sia di cedere che accettare protoni) H2O + H2O H3O+ + OH- base acido acido base

12 sostanze anfotere devono possedere
coppie di elettroni liberi per un legame dativo con H+ (funzionamento da base) protoni facilmente cedibili (funzionamento da acidi) Sostanze con queste caratteristiche - H2O - anioni contenenti H facilmente cedibili (es. HCO3-) HCO H2O CO H3O+ acido HCO3- + H2O H2CO3 + OH - base

13 Dissociazione degli acidi e delle basi
HA H2O H3O A- acido base acido base coniugata di HA Kc = [H3O+ ] [A-] / [ HA] [H2O] Kc. [H2O] = Ka = [H3O+ ] [A-] / [ HA] ka costante di dissociazione o ionizzazione dell’acido Ka >> 1 acidi forti Ka – moderatamente deboli Ka << molto deboli

14 Dissociazione delle basi (B) B + H2O BH+ + OH-
base acido acido coniugato base della base B Kc = [BH+ ] [OH-] / [ B] [H2O] Kc. [H2O] = Kb = [BH+ ] [OH-] / [ B] kb costante di dissociazione o ionizzazione della base Kb >> base forte Kb – base moderatamente debole Kb << base molto debole

15 Tabella Ka di acidi deboli in H2O a 25°C
pKa = -log Ka Ka = 10-pKa Tabella Kb di basi deboli in H2O a 25°C pKb = -log Kb Kb = 10-pKb

16 Relazione fra la forza di un acido e quella della sua base coniugata
HA H2O H3O A- acido base coniugata dell’acido HA Ka = [H3O+ ] [A-] / [ HA] A H2O HA + OH- base coniugata di HA acido Kb = [HA ] [OH-] / [A-] Ka. Kb = ( [H3O+ ] [A-] / [ HA] ) ([HA ] [OH-] / [A-]) = = [H3O+ ] [OH-] = Kw = Ka. Kb= Kw pKa + pKb = 14

17 Dissociazione degli acidi e delle basi. Grado di dissociazione e pH
Acidi forti sono completamente dissociati [H3O+] = [HA]° per [HA]° > M pH = -log [H3O+] = -log [HA]° per acidi biprotici completamente dissociati [H3O+] = 2 [HA]° pH = -log [H3O+] = -log 2 [HA]°

18 Basi forti sono completamente dissociate
[ OH -] = [B]° per [B]° > M essendo Kw = [H3O+] [ OH -] = [H3O+] = / [ OH -] = / [B]° log [H3O+] = log – log [B]° pH = -log [H3O+] = - log log [B]° = = 14 + log [B]°

19 Equilibrio C°HA –x 1.10-7+ x x
Acidi deboli e basi deboli sono parzialmente dissociati ed il loro grado di dissociazione aumenta con la diluizione - Calcoli del pH Acido debole HA + H2O H3O+ + A- HA H3O A- Inizio C°HA Equilibrio C°HA –x x x Ka = x2/(C°HA -x ) nota Ka, risolvo eq. II° grado in x x = [H3O+ ] pH = -log [H3O+ ] = -log x continua

20 Si può trascurare x rispetto a C°HA : la risoluzione risulta più semplice ( semplificazione consentita per concentrazioni non troppo basse di HA in quanto la dissociazione aumenta all’aumentare della diluizione) Ka = x2/(C°HA -x ) Ka = x2/C°HA x2 = Ka C°HA x = Ka C°HA oppure

21 HA + H2O H3O+ + A- HA H3O A- Inizio C°HA equilibrio C°HA(1-a) C°HA a C°HA a essendo a = x / C°HA Ka = C°HA a 2/ (1-a) nota Ka, risolvo eq di II°grado in a essendo [H3O+ ] = C°HA a pH = -log [H3O+ ] = -log(C°HA a )

22 Esercizio1 (es 10 del 24/2/03) Calcolare il pH a 25°C di una soluzione acquosa di acido nitroso HNO2 0,025 M, sapendo che la Ka dell’acido è 7, a 25°C. HNO2+ H2O H3O+ + NO2- Ka = [H3O+ ] [NO2- ] / [HNO2] HNO H3O NO2- Inizio 2, Equil , –x x x Ka = 7, = x2 / 2, –x continua

23 x= 4,21. 10-3 pH = 2,36 = 2,4 risolvendo eq di II° grado
7, (2, –x) = x2 x =3, pH = log 3, = 2,41 = 2,4

24 Ka = [H3O+ ] [NO2- ] / [HNO2] = 7,1.10-4 pH = 2,41
Esercizio 2 Calcolare la concentrazione di una soluzione di acido nitroso sapendo che il suo pH è 2,41 e che la Ka dell’acido è 7, a 25°C. HNO2+ H2O H3O+ + NO2- Ka = [H3O+ ] [NO2- ] / [HNO2] = 7,1.10-4 pH = 2,41 [H3O+] = 10-pH = 10-2,41= 3, HNO H3O NO2- equil. x- 3, , , Ka = 7, = ( 3, ) 2 / (x- 3, ) x= 2, M

25 Base debole e calcolo del pH B+ H2O HB++ OH- Kb = [HB+] [OH-] / [ B]
Inizio CB° Equilibrio CB°-x x x Kb =[OH- ]2 / [B] = x2 / (CB°-x) Nota Kb e CB° si risolve l’equazione in x Essendo x = [OH-] si calcola il pOH e quindi il pH pH = 14 - pOH

26 Esercizio Calcolare quanti mL di ammoniaca al 18% p/p (d= 0,9294 g/mL) occorrono per preparare 1 L di una soluzione di ammoniaca con un pH = 11,17. Kb di NH3 è a 25°C 1, Soluzione -Prima calcoliamo la concentrazione della soluzione di NH3 che ha un pH di 11,17 Quindi calcoliamo come preparare una soluzione di questa concentrazione partendo da una soluzione piu’ concentrata pH = 11,17 [ H3O+] = 10-11,17 = 6, [OH-] = Kw/ [ H3O+] = /6, = = 1,

27 Kb =1,78.10-5 = [NH4+ ][OH- ]/[NH3]=(1,48.10-3)2/ (x – 1,48.10-3)
NH3 + H2O NH OH- NH NH OH- Eq x – 1, , , Kb =1, = [NH4+ ][OH- ]/[NH3]=(1, )2/ (x – 1, ) x= 0,124 M = C°NH3 Soluzione concentrata di NH3 al 18%p/p (d= 0,9294 g/mL) calcolo la molarità d=m/V= 0,9294  massa di 1Lsoluzione è 0,9294 kg il 18% in peso è di NH3 nNH3 = 0,18. 0, g/PMNH3= 0,18.0, g/ 17g mol-1 = = 9,82 mol in 1 L soluzione

28 Soluzione concentrata NH3 è 9,82 M
Soluzione con pH 11, è ,124 M bisogna prepararne 1 L quindi servono 0,124 mol calcoliamo quanti mL della soluzione concentrata (9,82 M) devono essere prelevati e portati al volume di 1 L con H2O 9,82: 1000 mL = 0,124 : x x = 12,67 mL

29 Per il calcolo del pH di acidi e basi poliprotiche non forti, in soluzioni non troppo diluite, si può considerare solo la prima dissociazione. Esercizio Calcolare il pH di una soluzione di acido fosforico (H3PO4) 0,200 M , sapendo che Ka1 = 6, , Ka2=6, e Ka3= 4, H3PO4 + H2O H2PO4- + H3O+ H3PO H2PO H3O+ Inizio , equil ,200-x x x Ka1 = 6, = x2 / 0,200-x Risolvo in x e calcolo il pH (pH = 1,47)