Appunti Chimica

SALIFICAZIONE DELLE BASI O DEGLI ACIDI

Prendendo un acido debole con la sua base coniugata e scioglierle all’interno di H O, formando

2

quindi un’unica soluzione.

Oppure si prende una base debole con il suo acido coniugato e si scioglie all’interno di H O

2

formando quindi un’unica soluzione.

Andremo in laboratorio a cercare un contenitore con l’etichetta HA (acido debole) e un

-

contenitore con l’etichetta A .

-

Se ricordate, A di per sé non è stabile, da solo non può esistere, e quindi dobbiamo cercare un

contenitore contenente sale del tipo KA. + -

KA è un sale che sciolto in acqua si dissocia in ione K e ione A

-

Lo ione A si ottiene quindi per dissociazione del sale KA.

Ma cosa succede se in laboratorio non abbiamo un contenitore di sale KA?

In tal caso, la SOLUZIONE TAMPONE può essere preparata lo stesso, tramite il processo di SALIFICAZIONE.

Prendiamo HA e lo facciamo reagire con KOH (una base):

Come vediamo, si forma H O e il sale KA.

2

Quindi, con questo processo abbiamo effettivamente ottenuto del sale, che può essere usato per

una SOLUZIONE TAMPONE.

Ad ogni modo, risolviamo:

Quindi: La concentrazione dell’acido HA è 0,1 M (C )

a

La concentrazione della base coniugata KA è 0,1 M (C )

b

Che rispetta perfettamente il seguente rapporto che vale per le soluzioni tampone:

Quindi, se non abbiamo a disposizione il sale, possiamo comunque formare la SOLUZIONE

TAMPONE facendo reagire l’acido debole o la base debole con una opportuna base o un

opportuno acido, in modo da ottenere il sale. (SALIFICAZIONE)

Ultimi chiarimenti sulla teoria di Bronsted-Lowry

Ricordiamo che quando avevamo parlato della concentrazione, avevamo definito la normalità N,

che matematicamente è rappresentata dal rapporto:

Il numero di equivalenti di soluto n è espresso dal rapporto:

eq + -

La massa equivalente ME è un equivalente di ioni H o di ioni OH , ora sappiamo qual è il significato

+ -

di un equivalente di una mole di ioni H e una mole di ioni OH . +

Abbiamo infatti definito l’acido come la sostanza in grado di cedere gli ioni H .

+

E la base come la sostanza in grado di accettare gli ioni H .

Quindi al centro della teoria di Bronsted-Lowry ci sta questo protone che rappresenta la particella

che viene scambiata tra l’acido e la base.

Quando calcoliamo la massa equivalente ME:

e

Consideriamo Z come il numero di protoni scambiati nella reazione acido-base.

Facciamo degli esempi:

→ e

Se abbiamo un acido monoprotico (acido che può cedere solo un protone) HA, Z = 1

→ e

Se abbiamo un acido biprotico (acido che può cedere due protoni) come H A, Z = 2

2

→ e

Se abbiamo un acido triprotico (acido che può cedere tre protoni) come H A, Z = 3

3

→ Se abbiamo una base monoprotica (base che può acquistare un solo protone) B, trasformandosi

+ e

in BH , Z = 1

→ Se abbiamo una base biprotica (base che può acquistare due protoni) B, trasformandosi

2++ e

in BH , Z = 2

→ Se abbiamo una base triprotica (base che può acquistare tre protoni) B, trasformandosi

3+++ e .

In BH , Z = 3

Consideriamo la seguente reazione:

Un protone viene ceduto dall’acido cloridrico HCl (monoprotico) all’idrossido di sodio NaOH, e qui i

e

protoni scambiati sono esattamente uno, quindi Z = 1

---------------------------------------------------------------

Consideriamo la seguente reazione: e

L’acido solfidrico H S (biprotico) cede due protoni, trasformandosi nel suo sale Na S. Z = 2

2 2

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Consideriamo la seguente reazione: e

L’acido solfidrico H S (biprotico) cede un solo protone quando si trasforma nel sale NaHS, quindi Z = 1

2

e

Quindi Z dipende dalla natura della sostanza che stiamo considerando, e anche dal tipo di

reazione alla quale la sostanza partecipa.

Quindi un acido biprotico NON NECESSARIAMENTE cede due protoni.

---------------------------------------------------------------------------------------------------

ACIDI E BASI POLIPROTICHE

Cosa sono gli acidi poliprotici e le basi poliprotiche?

Sono specie che possono scambiare più protoni.

HA è detto monoprotico, perché può cedere un solo protone.

H O è detto biprotico, perché può cedere due protoni.

2

H O è detto poliprotico, perché può scambiare n protoni.

n

Tuttavia, ognuno di loro si comporta in maniera diversa, ad esempio:

- +

H A, essendo un acido, si dissocia in H O, formando HA e H O , e cederà il suo protone

2 2 3

-

trasformandosi nella sua base coniugata (HA ) e l’H O si comporterà da base, trasformandosi nel

2

+

suo acido coniugato (H O ).

3

- 2- +

Ma la specie HA contiene ancora un protone che può cedere, formando A e H O :

3

I due equilibri appena presentati vengono detti equilibri simultanei, perché il secondo equilibrio si

-

può fare solo grazie al fatto che HA si genera nel primo equilibrio.

- -

Più alta è la concentrazione di HA nel primo equilibrio, maggiore sarà la concentrazione di HA nel

secondo equilibrio e quindi quest’ultimo equilibrio sarà spostato verso destra. (e viceversa).

Quindi gli EQUILIBRI SIMULTANEI sono equilibri che dipendono l’uno dall’altro.

Per ogni equilibrio ci sarà una K che dipenderà dalla natura chimica dell’acido.

a

Quindi, nei due equilibri, K ha valori diversi.

a 4 5

La differenza tra i due valori si aggira tra 10 alla 10 .

Anche se possono esserci delle eccezioni (in cui un valore K è infinitamente più grande rispetto

a

K >> K

all’altro K ): a1 a2

a

In questo caso, il primo equilibrio è molto più spostato a destra rispetto al secondo equilibrio, e

visto che la differenza tra il primo e il secondo equilibrio è infinitamente più grande, addirittura la

il secondo equilibrio si può trascurare. +

Per calcolare il pH abbiamo bisogno della concentrazione totale di H O , dove però, vista che la

3

+

seconda costante è costante, allora H O (originariamente diprotico) viene trattato come un

3

monoprotico.

Prendiamo un esempio:

Abbiamo H PO che ha diversi valori di K :

3 4 a

Dato che K >> K >> K

a1 a2 a3

Per questo motivo, possiamo interamente trascurare il secondo e il terzo equilibrio, e l’acido

H PO può essere trattato come acido MONOPROTICO.

3 4

Chiaramente ci sono delle eccezioni, in cui la differenza tra gli ordini di grandezza è piccola, e

quindi non può essere trascurato il secondo equilibrio.

Stesso discorso degli acidi vale per le basi.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Ma perché queste costanti sono così diverse tra loro?

In primis, questo avviene per un fattore statistico.

→ Immaginiamo di avere H A, statisticamente quest’acido ha 3 protoni e quindi può cedere il

3

protone da tre “siti diversi”.

Quindi, a livello statistico, H A ha tre possibilità di cedere un protone.

3

→ -

La specie H A ha solo due possibilità perché ci sono solo due protoni, quindi la probabilità di

2

cedere un protone diminuisce.

→ 2-

La specie HA ha un solo protone, quindi la probabilità di cedere il protone diminuisce ancora di più.

Parlando di probabilità, la specie H A ha tripla possibilità rispetto alla specie HA di cedere un protone.

3

Tuttavia, il problema considerato non è solo un problema statistico.

Ma è anche un problema elettrostatico:

→ la specie H A è neutra

3

→ - +

la specie H A è una specie con una carica negativa, quindi quando si perde lo ione H , si

2

genererà un’altra carica negativa,

→ 2-

la specie HA ha due cariche ha due cariche negative, che trattengono in maniera ancora più

+

salda lo ione H , che quindi verrà perso con molta meno probabilità +

(a causa dell’attrazione elettrostatica che esiste tra la carica negativa e lo ione H che ha carica positiva)

Tutto ciò vale anche per le basi poliprotiche.

SOSTANZE ANFOTERE (o ANFIPROTICHE)

Le sostanze anfotere sono sostanze che possono comportarsi in due modi dal punto di vista del protone,

cioè si possono comportare sia da ACIDI (accettando protoni) che da BASI (cedendo elettroni).

Un esempio di SOSTANZA ANFOTERA è l’H O:

2

→ Si comporta sia da ACIDO (cedendo un protone)

→ Si comporta anche da BASE (acquistando un protone)

+ -

H O /H O/OH

3 2

Un altro esempio di SOSTANZA ANFOTERA è NaHCO , che dissocia in acqua trasformandosi in:

3

3-

Consideriamo lo ione HCO :

→ + 32-

può cedere uno ione H , trasformandosi in CO

oppure

→ +

può acquistare uno ione H , trasformandosi in H CO .

2 3

Quindi:

→ 3-

Quando HCO si comporta da ACIDO:

→ 3-

Quando HCO si comporta da BASE: 3-

I due equilibri sono equilibri relativi allo stesso ione HCO .

Il pH delle SOSTANZE ANFOTERE

Il pH delle sostanze anfotere dipende dalla posizione del primo equilibrio rispetto al secondo.

Se uno dei due equilibri è più spostato verso destra, quest’ultimo è quello che avrà il pH prevalente.

Il pH prevalente sarà pH ACIDO, il secondo pH sarà pH BASICO.

Sappiamo che NaHCO è una base debole, quindi prevarrà il secondo equilibrio, e il pH sarà BASICO.

3

EQUILIBRI ETEROGENEI

Gli equilibri eterogenei sono equilibri in cui si instaurano tre fasi diverse.

Questa è una reazione in equilibrio eterogeneo dove ci sono tre fasi: solido – solido – gas;

Qui, la costante di equilibrio K è espressa in funzione della pressione parziale P° e delle

eq

concentrazioni (Però NON vengono considerate le concentrazioni delle fasi solido).

Quindi:

Ma gli equilibri eterogenei avvengono in soluzione acquosa.

Supponiamo di versare AgCl (cloruro di argento) in un contenitore d’acqua, e mescoliamo per un

paio di minuti, e poi lasciamo la soluzione a riposo.

Noteremo che la “polvere bianca” (AgCl) si depositerà sul fondo del contenitore, e in questo modo,

e in questo modo NON riusciremo a distinguere se se ne sarà solubilizzata una certa quantità

(anche se, in realtà, una piccola quantità di questa sostanza si scioglie e passa in soluzione).

Immaginiamo che