Concetti Chiave
- La teoria di Boyle definisce acidi e basi in base alle loro proprietà organolettiche, come sapore e reazione con la cartina tornasole.
- La teoria di Arrhenius classifica acidi e basi sulla base della loro capacità di dissociarsi in acqua per formare ioni H+ e OH- rispettivamente.
- La teoria di Brönsted e Lowry introduce un concetto più generale, definendo acidi come donatori di protoni e basi come accettori di protoni.
- La teoria di Lewis amplia ulteriormente il concetto, considerando acidi come accettori di coppie di elettroni e basi come donatori.
- Il pH misura la concentrazione di ioni idrogeno in una soluzione, con valori inferiori a 7 indicanti acidità e superiori a 7 indicando basicità.
Indice
Acidi e basi
Le teorie sugli acidi e sulle basi
La teoria di Boyle
Boyle definì acidi e basi sulla base delle loro proprietà organolettiche.acido: ha un sapore acido, in grado di corrompere i metalli, fa assumere una colorazione rossa alla cartina tornasole;
base: ha un sapore amaro, è una sostanza viscida e colora di blu la cartina tornasole.
La teoria di Arrhenius
La definizione di Arrhenius è basata sulla capacità di queste sostanze di condurre corrente elettrica in soluzione acquosaacido: sostanza che disciolta in acqua si scinde e libera ioni H+ che data la loro instabilità si legano con altre molecole di H2O formando uno ione idronio. Divide inoltre in acidi monoprotici e poliprotici in base al numero di ioni H+ che sono in grado di liberare.
base: sostanza che disciolta in acqua si scinde e libera ioni OH–
esempio NaOHaq → Na+ + OH–
La teoria di Brönsted e Lowry
I due chimici elaborarono indipendentemente una definizione più generale di acido e baseacido: molecola o ione in grado di donare un protone;
base: molecola o ione in grado di accettare un protone
esempi NH3+ + H2O → NH4 + OH– H2S + H2O → HS– + H3O+
H2O è anfitropico
La teoria di Lewis
Un'ulteriore estensione dei concetti di acido e base fu realizzata dal chimico statunitense Gilbert N. Lewisacido: specie chimica in grado di accettare un doppietto elettronico (ioni positivi o molecole con l'ottetto elettronico incompleto);
base: specie chimica in grado di donare una coppia di elettroni (ioni negativi o specie chimica con doppietti elettronici liberi).
esempio AlCl3
La ionizzazione dell'acqua
L'acqua è il solvente liquido più diffuso in natura ed è un cattivo conduttore di elettricità: in essa sono presenti infatti pochissimi ioni liberi derivati dalla autoionizzazione o autoprotolisi delle sue molecole, che avviene secondo il seguente schemaH2O + H2O → H3O+ + OH–
Poiché H2O si può considerare un liquido puro, la sua concentrazione non compare nell'espressione della costante di equilibrio, che per tanto risulta
Kw = [H3O+] · [OH–]
viene chiamata anche prodotto di ionizzazione dell'acqua ed è importante ricordare che si può scrivere anche
Kw = [H+] · [OH–]
Sperimentalmente si è scoperto che a 25° C
[H+] = [OH–] = 1,00 · 10–7 mol/L
e quindi
Kw = [H+] · [OH–] = 1,00 · 10–14 mol/L
A temperatura costante la Kw si mantiene costante, non soltanto in acqua pura, ma anche in tutte le soluzioni acquose.
L'acqua pura, che contiene uguali concentrazioni di ioni H+ e OH– , viene considerata neutra.
Quindi si dice
• neutra una soluzione in cui [H+] = [OH–] e quindi [H+] = 10–7 mol/L ;
• acida una soluzione in cui [H+] > [OH–] e quindi [H+] > 10–7 mol/L ;
• basica una soluzione in cui [H+]
Il pH
La scala del pH fu introdotta nel 1909 dal chimico danese Sørsen per esprimere in modo semplice la concentrazione degli ioni idrogeno presenti in una soluzione diluita.Si definisce pH il logaritmo decimale negativo della concentrazioni molare degli ioni H+
pH = – log [H+]
Possiamo dire che, quando la concentrazione molare degli ioni H+ è espressa come potenza di 10 il pH corrisponde all'esponente cambiato di segno.
Le soluzioni acide hanno pH minore di 7 e le soluzioni basiche maggiore di 7.
È conveniente introdurre anche la definizione di pOH, che corrisponde a
pOH = – log [OH–]
Per individuare la relazione tra pH e pOH calcoliamo il logaritmo negativo dell'espressione Kw
Kw = [H+] · [OH–]
– logKw = –log [H+] – log[OH–]
introducendo la notazione p al posto di –log, abbiamo
pKw = pH + pOH
Poiché a 298 K (25 ° C) la Kw è uguale a 1,00 · 10–14 mol/L, l'equazione sopra si trasforma in
14,00 = pH + pOH
Domande da interrogazione
- Quali sono le principali teorie sugli acidi e le basi?
- Come viene definita la ionizzazione dell'acqua?
- Cosa rappresenta il pH e come viene calcolato?
- Qual è la relazione tra pH e pOH?
- Come si classificano le soluzioni in base alla concentrazione di ioni H+ e OH–?
Le principali teorie sugli acidi e le basi includono la teoria di Boyle, Arrhenius, Brönsted e Lowry, e Lewis, ognuna delle quali offre una diversa definizione basata su proprietà organolettiche, capacità di condurre elettricità, donazione e accettazione di protoni, e accettazione e donazione di coppie di elettroni.
La ionizzazione dell'acqua si riferisce alla sua autoionizzazione, dove le molecole d'acqua si scindono in ioni H3O+ e OH–, mantenendo un prodotto di ionizzazione costante (Kw) a temperatura costante.
Il pH rappresenta il logaritmo decimale negativo della concentrazione molare degli ioni H+ in una soluzione, calcolato come pH = – log [H+]. Le soluzioni acide hanno un pH minore di 7, mentre quelle basiche hanno un pH maggiore di 7.
La relazione tra pH e pOH è data dall'equazione pKw = pH + pOH, dove a 298 K (25 °C) pKw è uguale a 14,00, indicando che la somma di pH e pOH è costante.
Le soluzioni sono classificate come neutre quando [H+] = [OH–], acide quando [H+] > [OH–], e basiche quando [H+] < [OH–].
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