Concetti Chiave
- La teoria di Arrhenius definisce acidi e basi in base alla liberazione di ioni H+ e OH- in soluzione acquosa, ma presenta limiti poiché non considera reazioni in altri solventi o senza solvente.
- La teoria di Brønsted e Lowry amplia il concetto di acido e base, focalizzandosi sul trasferimento di protoni invece che sulla formazione di ioni in acqua.
- Le reazioni di neutralizzazione tra soluzioni acquose acide e basiche producono sali, acqua e calore, annullando le proprietà opposte delle due soluzioni.
- Il riconoscimento di anioni avviene tramite reazioni di precipitazione, dove specifici reattivi formano prodotti insolubili, evidenziando la presenza di determinati anioni.
- Le reazioni di ossidoriduzione coinvolgono il trasferimento di elettroni, con semireazioni di ossidazione e riduzione che si completano reciprocamente, permettendo la distinzione tra anioni simili.
Teoria di Arrhenius e limiti
Acidi e basi, secondo la teoria formulata dal chimico svedese Arrhenius, sono due specie chimiche che si differenziano in base alla loro capacità di liberare in soluzione acquosa ioni H+ per gli acidi, e ioni OH- per basi. Questa definizione pero è limitata, perche descrive le proprietà acide o basiche di una sostanza solo in una situazione particolare, quando essa si trova sciolta in acqua. Pur essendo l’acqua un solvente universale se non il principale, ci sono anche molte reazioni che avvengono in solventi diversi dall’acqua o addirittura in assenza di solvente e che hanno comunque tutte le caratteristiche delle reazioni acido-base.
Teoria di Brønsted e Lowry
Nel 1923 la teoria di Brønsted e Lowry dà una visione più ampia del concetto di acido e di base perché non è più legata agli ioni che si formano in acqua, bensì al trasferimento di protoni da una specie all’altra, alla base di questa teoria:
- si chiamano acidi tutte le specie chimiche che cedono protoni;
- si chiamano basi le specie chimiche che acquistano protoni
Reazioni di neutralizzazione
La caratteristica più significativa delle soluzioni acquose acide e basiche è la capacita che esse hanno, una volta miscelate, di annullare le une le proprietà delle altre. La reazione che si sviluppa dal loro mescolamento è chiamata reazione di neutralizzazione, i cui prodotti sono un sale, acqua e anche una modesta quantità di calore. Sali di acidi deboli trattati con acidi più forti dell’acido debole del sale, liberano l’acido debole. Ad esempio l’aggiunta di acido acetico o di un acido forte, a carbonati e bicarbonati genera l’acido carbonico che si manifesta come liberazione di anidride carbonica gassosa.
Un altro esempio è dato dall’acetato di sodio che se trattato con acido ossalico libera acido acetico, riconoscibile dall’odore. Quando il composto in esame è un sale di un acido debole organico, insolubile in acqua come ad esempio il benzoato di sodio o salicilato di sodio, il sale viene convertito nel corrispondente acido insolubile che precipita; il prodotto può essere raccolto, seccato ed identificato mediante determinazione del suo punto di fusione. Infine, possiamo ricordare che una reazione acido-base viene impiegata anche per riconoscere la presenza del catione ammonio NH4+; aggiungendo una base forte ad una sua soluzione acquosa si libera ammoniaca, composto volatile e facilmente riconoscibile dall’odore e dalla colorazione blu impartita ad una cartina al tornasole.
Precipitati e riconoscimento di anioni
La formazione di un precipitato è sfruttata per mettere in evidenza alcuni anioni che, trattati con uno specifico reattivo solubile in acqua, danno prodotti insolubili. Carbonati e bicarbonati trattati con un acido liberano anidride carbonica gassosa che, fatta gorgogliare in una soluzione acquosa contenente idrossido di bario, dà luogo ad un precipitato bianco, ovvero il carbonato di bario. Gli alogenuri: cloruri, bromuri e ioduri, trattati con nitrato di argento, un sale relativamente solubile in acqua, danno precipitati di cloruro, di bromuro e di ioduro di argento. Il primo bianco gli altri due gialli. I solfati danno un precipitato insolubile in acqua quando sono trattati con un sale solubile di bario, si forma in tal caso il solfato di bario di colore bianco.
Reazioni di ossidoriduzione
-la semireazione di ossidazione in cui una specie chimica cede elettroni;
-la semireazione di riduzione in cui una specie chimica acquista elettroni.
Si parla di semireazioni perché si completano a vicenda in quanto una specie chimica può cedere elettroni solo se, contemporaneamente, c’è un’altra specie in grado di acquistarli.
Vediamo un esempio per gli anioni bromuro e ioduro.
Gli anioni bromuri e ioduri danno entrambi un precipitato giallo con ioni argento Ag+, perciò non sono distinguibili. La differenziazione può essere fatta mediante una reazione con acqua di cloro che ossida gli anioni Br- e I- portandoli allo stato molecolare. In seguito essendo entrambi poco solubili in acqua, vengono messi nel cloroformio assumendo due colorazioni diverse: gialla per il bromo e violetta per lo iodio. In tal modo diventano riconoscibili. I solfiti vengono ossidati a solfati dallo iodio, osservando sempre la decolorazione della soluzione di iodio. Le soluzioni di iodio a concentrazione definita, sono impiegate in analisi quantitative volumetriche, o iodometria, di molteplici composti di interesse farmaceutico,
Riconoscimento di cationi e anioni
Le reazioni viste per il riconoscimento di cationi e di anioni di composti inorganici si applicano anche ai sali di composti organici; molti farmaci, infatti, sono impiegati sotto forma di opportuni sali al fine di avere una migliore solubilità in acqua. Si hanno dunque farmaci acidi e farmaci basici.
I FANS, antiinfiammatori non steroidei (naprossene, ketoprofene, ibuprofene etc.), i barbiturici, le penicilline e le cefalosporine sono usati sotto forma di sali di sodio, potassio o calcio, e sono perciò farmaci acidi poco solubili in acqua.
Alcaloidi, antimalarici, tetracicline, etc. sono sotto forma di cloruri o cloridrati, solfati, nitrati, fosfati e sono farmaci basici poco solubili in acqua.
In entrambi i casi, il riconoscimento del catione metallico o dell’anione costituisce parte del procedimento previsto dalla Farmacopea per la conferma di identità di questi farmaci usati come sali. Il procedimento da seguire deve ovviamente tener conto della possibile interferenza da parte della porzione organica della molecola, che potrebbe ostacolare il saggio.
Domande da interrogazione
- Qual è la definizione di acidi e basi secondo la teoria di Arrhenius?
- Come amplia la teoria di Brønsted e Lowry il concetto di acido e base?
- Cosa avviene durante una reazione di neutralizzazione?
- Come si possono riconoscere alcuni anioni attraverso la formazione di precipitato?
- Qual è il principio delle reazioni di ossidoriduzione?
Secondo la teoria di Arrhenius, gli acidi sono sostanze che liberano ioni H+ in soluzione acquosa, mentre le basi liberano ioni OH-. Tuttavia, questa definizione è limitata poiché si applica solo in presenza di acqua.
La teoria di Brønsted e Lowry, formulata nel 1923, definisce gli acidi come specie chimiche che cedono protoni e le basi come quelle che li acquistano, superando così la limitazione della definizione di Arrhenius legata all'acqua.
Durante una reazione di neutralizzazione, quando soluzioni acide e basiche si mescolano, si annullano le proprietà reciproche, producendo un sale, acqua e una modesta quantità di calore.
La formazione di precipitato è utilizzata per evidenziare anioni; ad esempio, i carbonati liberano anidride carbonica che, in presenza di idrossido di bario, forma un precipitato bianco di carbonato di bario.
Le reazioni di ossidoriduzione coinvolgono il passaggio di elettroni tra specie chimiche, con una semireazione di ossidazione che cede elettroni e una di riduzione che li acquista, completandosi a vicenda.
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