Uno dei capisaldi della teoria di Bronsted-Lowry è che l’acqua può comportarsi da acido o da base, dissociandosi come OH- o come H 3 O+: H 2 O + H 2 O.

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1 Uno dei capisaldi della teoria di Bronsted-Lowry è che l’acqua può comportarsi da acido o da base, dissociandosi come OH- o come H 3 O+: H 2 O + H 2 O  OH- + H 3 O+ Dissociazione dell’acqua

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11 Un acido è tanto più forte quanto maggiore è il valore della sua costante di dissociazione acida. A-H + H 2 O = A - + H 3 O + Ka Ka = [A - ] · [H 3 O + ] [AH]

12 CH 3 COOH + H 2 O = CH 3 COO - + H 3 O + CCl 3 COOH + H 2 O = CCl 3 COO - + H 3 O + CF 3 COOH + H 2 O = CF 3 COO - + H 3 O + Ka 1,8 ·10 -5 2,3 ·10 -1 5,9 ·10 -1 CH 3 COOH > CCl 3 COOH > CF 3 COOH CH 3 COOH > CCl 3 COOH > CF 3 COOH Acidità crescente

13 Una base è tanto più forte quanto maggiore è il valore della sua costante di dissociazione basica. B + H 2 O = BH + + OH - Kb Kb = [BH + ] · [OH - ] [B]

14 ACIDO FORTE K a > 10 BASE FORTE K b > 10

15 Il pH di una soluzione è il logaritmo negativo in base 10 della concentrazione dello ione ossonio, cioè pH = -log 10 [H 3 O + ] Se la [H 3 O + ] = 10 -7 M = [OH - ] pH = 7 la soluzione è neutra Se la [H 3 O + ]  10 -7 M o pH  7 la soluzione è acida la [OH - ] < 10 -7 M Se la [H 3 O + ]  10 -7 M o pH  7 la soluzione è basica la [OH - ] > 10 -7 M In una soluzione basica si ha: [H + ]  [OH - ] [H + ] = [OH - ] [H 2 O]  [OH - ] [H + ]  [OH - ] [OH - ] = [O 2- ]

16 Se si aumenta di 1000 volte la concentrazione degli ioni (OH  ) in una soluzione con un pH iniziale di 5 quale valore di pH finale si ottiene? pH 10 pH 9 pH 8 pH 14 pH 2 A quale pH, tra quelli indicati, si ha la maggior concentrazione di H + ? 4 5 6 7 8

17 Una soluzione neutra e' caratterizzata: da una pressione osmotica uguale a quella atmosferica dalla concentrazione dell'idrogeno uguale a quella dell'ossigeno dalla concentrazione dello ione idrogeno uguale a quella dello ione ossigeno dalla concentrazione dello ione idrogeno uguale a quella dello ione ossidrile da un composto contenente un egual numero di atomi di idrogeno e di ossigeno Si definiscono acidi deboli quelli che in soluzione non si dissociano completamente, ma nei quali si instaura un proprio equilibrio tra la forma dissociata e quella indissociata. CH 3 COOH (acido acetico) H + + CH 3 COO - Mescolando soluzioni contenenti quantita' equimolecolari di NaOH e di acido acetico si ottiene una soluzione: acida basica neutra colorata nessuna di queste

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20 Ka e Kb sono inversamente correlate tra loro. Più grande è il valore di Ka, più piccolo è quello di Kb e viceversa.

21 Soluzioni tampone Una soluzione tampone è una soluzione il cui pH non è apprezzabilmente modificato dall’aggiunta di modiche quantità di acidi o basi forti. Una soluzione tampone è tipicamente formata da un acido debole (o da una base debole) in presenza della propria base coniugata (o del proprio acido coniugato). Acido: CH 3 COOH + H 2 O  CH 3 COO - + H 3 O + Base coniugata CH 3 COO - + H 2 O  CH 3 COOH + OH - Modiche aggiunte di HCl o di NaOH vengono “tamponate” rispettivamente dallo ione acetato e dall’acido acetico.

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23 Determinazione del pH di una soluzione tampone L’equazione di Henderson-Hasselbalch consente di trovare il pH di una soluzione tampone conoscendo le concentrazioni dell’acido debole, della base coniugata, e la costante di dissociazione acida (quindi il suo pK a ). [A - ] pH = pK a + log --------- [HA]

24 Una soluzione tampone funziona come tale nell’intervallo di pH compreso tra pK a - 1 e pK a + 1: pK a - 1 < pH < pK a + 1 La scelta di una soluzione tampone dipende sempre dal valore di pH che deve essere mantenuto costante.

25 TAMPONI FISIOLOGICI Molte delle reazioni biochimiche che avvengono "in vivo" si svolgono con lo sviluppo di idrogenioni, per cui, se non ci fossero adeguati sistemi tampone, il variare del pH porterebbe in un tempo più o meno breve all'arresto delle reazioni stesse e quindi alla morte delle cellule. Il principale tampone biologico, sia per la sua quantità che per la sua funzione biologica, è il sangue. Il pH del sangue deve essere il più possibile costante, circa 7.4, altrimenti si possono manifestare il coma acidosico (pH 7.8). Pertanto le variazioni massime dal pH ottimale di 7.4 non possono superare il valore di ± 0.4 per non andare incontro a pericolose patologie.

26 Il principale tampone biologico, sia per la sua quantità che per la sua funzione biologica, è il sangue. Il pH del sangue deve essere il più possibile costante, circa 7.4, altrimenti si possono manifestare il coma acidosico (pH 7.8). Pertanto le variazioni massime dal pH ottimale di 7.4 non possono superare il valore di ± 0.4 per non andare incontro a pericolose patologie.

27 Il pH del sangue viene mantenuto più o meno costante dal suo potere tampone dovuto ai tre sistemi acido- base coniugati: (1)acido carbonico / bicarbonato, (2)diidrogenofosfato / idrogenofosfato (3)proteine / proteinati. Il sistema (1) è il più importante in quanto viene direttamente regolato dalla respirazione

28 I mammiferi di grossa taglia producono circa 1 Kg di diossido di carbonio al giorno, pari a 22.7 moli, ovvero a 577.7 litri a 37°C e 1 atm. Il trasporto di questa grossa quantità di CO 2 dal luogo di produzione (tessuti) al luogo di eliminazione (alveoli polmonari) è reso possibile dalla reazione reversibile di idratazione con formazione di acido carbonico: (1)CO 2 + H 2 O  H 2 CO 3 (reazione normalmente lenta ma velocizzata “in vivo” dalla presenza dell’enzima anidrasi carbonica) e dalla successiva reazione di dissociazione dell'acido carbonico: (2) H 2 CO 3  H + + HCO 3 – (reazione veloce)

29 Anche se oltre il 60% del diossido di carbonio prodotto dai processi metabolici viene trasportato dalle proteine del sangue e dei muscoli (emoglobina, plasma proteine, mioglobina) tramite la formazione di composti carboaminici (derivati dall'acido carbammico H 2 N-COOH) : (3) Pr-NH 2 + CO 2  Pr-NH-COOH una notevole quantità di CO 2 subisce i processi (1) e (2) e quindi si ha in soluzione un acido (H 2 CO 3 ) e la sua base coniugata (HCO 3 - ), ossia un tampone.

30 pH 4.4 - 8.0Urina pH 6.6 - 6.9Latte pH 0.9Succo gastrico pH 6.35 - 6.85Saliva pH 7.4 circaLacrime pH 7.35 - 7.45Sangue I liquidi biologici, contenendo acidi e basi coniugate di vario tipo e a diverse concentrazioni, sono in pratica dei tamponi fisiologici. Ecco alcuni dei valori di pH di alcuni fluidi biologici:

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