Appunti Chimica di base (seconda parte)

REAZIONE DI NEUTRALIZZAZIONE E FORMAZIONE DI SALI

Cosa succede quando un acido e una base reagiscono fra di loro?

Reazione di neutralizzazione: un acido in soluzione libera ioni H+, una base libera/produce ioni OH-.

Tutte le volte che uno ione H+ o H3O+ e uno ione H- si incontrano in soluzione, quello che fanno è

reagire immediatamente tra di loro, ritrasferendosi quel protone e quindi formando come prodotto

finale l’acqua.

Quindi tutte le volte che uno ione H+ o H3O+ è in presenza di uno ione idrossido OH-, avviene la

neutralizzazione di questi due ioni.

Il prodotto finale che otteniamo è l’acqua, poi rimarranno i controioni di queste specie cariche, che

formano un sale.

Per esempio se faccio reagire

1 mole di un acido HCl e di una base come l’idrossido di sodio, il risultato finale che ottengo è che l’H+

liberato dall’acido cloridrico e lo ione idrossido liberato dalla soda caustica, si neutralizzano formando

una molecola di acqua e poi rimane un catione sodio e un anione cloruro che rimangono sciolti in

soluzione e quindi formano di fatto una mole di sale di cloruro di sodio.

--> schema generale della reazione di neutralizzazione

ACIDI MONOPROTICI E POLIPROTICI

È possibile distinguere sia per gli acidi che per le basi, tra specie monoprotiche e poliprotiche:

- Acido monoprotico: come HCl O HNO , può cedere solo 1 mole di ioni H+ per mole di composto

3

- Acido diprotico: come acido carbonico o solforico (H SO ), che può cedere/libera

2 4

potenzialmente 2 moli di ioni H+ per ogni mole di sostanza: 85

PO ), sono 3 potenzialmente gli ioni H+ che questa

- Acido poliprotico: come acido fosforico (H

3 4

molecola può cedere in una reazione acido-base

FORZA RELATIVA DI ACIDI E BASI

Tutte le reazioni acido-base sono degli equilibri, però in alcuni casi questi equilibri sono quasi

completamente spostati verso i prodotti.

Questo perché gli acidi e le basi sono caratterizzati da una diversa forza = maggiore tendenza a cedere

o accettare un protone.

Si definisce un acido forte una specie che quando reagisce in un equilibrio acido-base, cede uno ione

H+ o più ioni H+ in maniera praticamente quantitativa: in maniera tale per cui di fatto l’equilibrio è

completamente spostato verso i prodotti e noi possiamo studiare quella reazione trascurando la

reazione inversa (quella che torna indietro).

Analogamente una base forte è una specie che accetta uno ione H+ in maniera praticamente

quantitativa (quindi anche qui l’equilibrio è quasi completamente spostato verso la formazione del

prodotto).

Tutte le volte che questa reazione invece non va al 100% verso i prodotti ma dobbiamo tenere in

considerazione anche la reazione inversa, allora parliamo rispettivamente di acido debole e base

debole. Se guardiamo la tabella:

Nella prima colonna abbiamo elenco di specie che in acqua si comportano da acidi (secondo la

definizione di B-L). Essi sono stati messi in ordine di forza acida crescente, andando dal basso verso

86

l’alto. I limiti di questa scala sono stati fissato prendendo come riferimento l’acqua, che rappresenta

il limite di forza acida inferiore (limite di minore dissociazione acida possibile).

Se da una parte io costruisco la scala di forza acida crescente per una serie di acidi,

contemporaneamente dall’altro lato avrò le loro basi coniugate, la cui forza basica crescente varia in

maniera esattamente opposta. Questo perché più un acido è forte, quanto più la sua base coniugata

sarà debole, quindi avrà una minore tendenza a tornare indietro.

Quando invece considero delle coppie acido-base coniugata di acidi deboli (acido carbonico, acido

fosforico ecc) allora in quel caso l’acido è debole, la sua base coniugata è a sua volta debole ma io non

posso trascurare la reazione inversa, quindi di fatto ho una forza basica delle basi coniugate che cresce

progressivamente in maniera opposta a quella dei rispettivi acidi.

Il suo acido coniugato (ione H3O+) rappresenta il limite di forza acida superiore.

Tutte quelle specie che quando sono sciolte in acqua non hanno tendenza a cedere un H+ all’acqua, si

trovano al di sotto di H2O in questa scala e non vengono considerate acide, quindi non hanno nessuna

tendenza a cedere un H+ all’acqua, ma se mai a fare il contrario (a prendere un H+).

Tutte le specie che invece, quando sono sciolte in acqua, possono cedere uno ione H+ all’acqua (sono

più acidi dell’acqua) stanno sopra H2O in questa scala. L'ordine riflette la via via maggiore tendenza e

facilità con cui queste specie cedono un H+ all'acqua.

Quando si supera lo ione H3O+ nella scala, ecco che qui abbiamo sostanze che quando sono sciolte in

acqua cedono H+ all’acqua stessa in maniera quantitativa (quelli che definiamo acidi forti, cioè al 100%

ionizzati in acqua). Tutti quelli che stanno al di sotto di questo limite, quindi in mezzo, sono definiti

come acidi deboli (più o meno deboli), perché quando li sciolgo in acqua

- Una parte delle loro molecole trasferirà/cederà un H+ all’acqua

- Una parte rimarrà indissociata, quindi non reagirà cedendo uno ione H+ all’acqua.

Quindi la differenza tra un acido forte e un acido debole: maggiore o minore grado di dissociazione.

Quando abbiamo scritto reazione dell’acido cloridrico HCl in acqua, che cede il suo H+ formando ione

cloruro e ione idronio, abbiamo scritto quella reazione sempre con una singola freccia (che va dai

reagenti ai prodotti). Questo perché l’acido cloridrico è un acido definito forte, ossia un acido che in

acqua si dissocia quantitativamente e cede quantitativamente il suo protone H+ all’acqua

Viceversa, quando abbiamo scritto la reazione fra l’acido acetico e l’acqua, abbiamo sempre scritto

una doppia freccia, perché l’acido acetico rientra nella categoria degli acidi deboli. Quando lo

sciogliamo in acqua, una parte delle sue molecole si dissocia e cede un H+ all’acqua, ma una parte

rimane non dissociata. Quindi nel caso dell’acido acetico noi non possiamo trascurare il fatto che

questa reazione sia un equilibrio. C'è una reazione diretta che va dall’acido acetico alla formazione di

ione acetato e ione idronio, ma c’è anche che la possibilità che la reazione torni parzialmente indietro

e noi dobbiamo studiarla come se fosse un equilibrio. 87

ACIDI E BASI FORTI E DEBOLI

Come distinguiamo acidi forti/deboli, basi forti/deboli?

1. Tutti gli acidi che appartengono a quelli elencati nella prima colonna di questa tabella sono

acidi forti. Quindi dobbiamo ricordare che se sciogliamo in acqua uno di questi acidi,

sicuramente la reazione di trasferimento di H+ sarà quantitativa. Non c’è bisogno di

considerarla come un equilibrio, ma come una reazione che va al 100% verso i prodotti

Se guardiamo le strutture di questi acidi, vediamo che i primi 3 sono tutti formati da un atomo di

acidi

idrogeno e un atomo di alogeno. Rientrano quindi nella categoria di quelli che chiamiamo

alogenidrici: sono acidi forti. Se li sciogliamo in acqua, cedono quantitativamente il loro H+ all’acqua.

Quello che si forma sarà la loro base coniugata (ione alogenuro corrispondente) e lo ione idronio.

Altro gruppo di acidi forti: sono degli ossiacidi, ossia acidi con atomo centrale che è un non metallo

(cloro, azoto, zolfo), legato con un certo numero di atomi di ossigeno. Poi c’è un atomo di idrogeno o

più, legati a questi atomi di ossigeno. Essendo gli O molto elettronegativi, questo fa sì che quel legame

OH si possa rompere, lasciando i due elettroni di legame sull’ossigeno (come carica negativa) e

liberando l’atomo di idrogeno sottoforma di H+. Anche questi acidi (clorico, perclorico, nitrico) sono

acidi forti, quindi in acqua si dissociano al 100%.

L'ultimo nella tabella: acido solforico, è un ossiacido con formula H2SO4. È un acido diprotico in questo

caso. Tutti e 2 quegli atomi di idrogeno sono legati a due atomi di ossigeno, quindi sono idrogeni che

definiamo atomi. Tutti e due possono essere ceduti all’acqua quando noi sciogliamo H SO in acqua.

2 4 88

Nel caso dell’acido solforico, la dissociazione in acqua può essere considerata forte (quindi

quantitativa) per entrambi quei protoni. Quindi noi possiamo considerare che ogni mole di H2SO4 che

sciogliamo in acqua, trasferisca due moli di H+ all’acqu. Quindi è forte su entrambe le dissociazioni.

Composti che definiamo come basi forti (= composti che sciolti in acqua liberano in maniera

quantitativa ioni OH-): quali sono? Gli idrossidi dei metalli:

- Idrossidi dei metalli alcalini, cioè i metalli che appartengono al primo gruppo della tavola

periodica, con formula chimica del tipo mOH. Tutti questi idrossidi, quando si sciolgono in

acqua, si dissociano quantitativamente a dare il catione del metallo + lo ione idrossido OH-. -

-> basi forti

- La stessa cosa succede per gli idrossidi dei metalli alcalino-terrosi (seconda colonna della

tavola). Anche in questo caso la dissociazione in acqua è quantitativa. Formula chimica:

Metallo + OH preso 2 volte. Quindi gli idrossidi dei metalli alcalino-terrosi, a differenza di quelli

dei metalli alcalini, sono delle basi diprotiche, perché ogni mole di queste sostanze sciolta in

acqua, libera 2 moli di ioni idrossido

- In tutti gli altri casi, quello che succede quando avviene una reazione acido-base, è che si

instaura un equilibrio (reazione che potenzialmente va verso i prodotti, ma torna anche

indietro). Come per tutti gli equilibri, quello che possiamo descrivere è quanto essa sia piò o

meno spostata verso i prodotti.

Previsione della posizione di un equilibrio acido-base

Ogni volta che abbiamo un equilibrio chimico definiamo la quantità relativa di reagenti e prodotti della

miscela che ha raggiunto l’equilibrio, utilizziamo una costante di equilibrio K. In base a quanto questa

sia maggiore o minore di 1, possiamo stabilire se l’equilibrio sarà più spostato verso i prodotti o verso

i reagenti.

Per la seguente reazione di trasferimento di protone, prevedere se l’equilibrio è spostato a sinistra (K

< 1) oppure a destra (K > 1):

Nel caso di un equilibrio acido-base come il seguente

la reazione avviene tra: lo ione idrogeno solfato HSO4- e lo ione carbonato CO32-.

Lo ione HSO4- non è altro che la base coniugata dell'acido solforico. Se una molecola di acido solforico

cede un protone, forma come base coniugata lo ione HSO4-. Essendo la base coniugata di un acido

diprotico, lo ione HSO è una specie anfotera = può riprendersi un protone e tornare indietro,

4-

riformando l’acido solforico --> ma abbiamo visto che questo non avviene perché l’acido solforico è

un acido forte anche