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Costanti di equilibrio per acidi e basi
Questa è la costante di equilibrio che vediamo sempre. La costante la posso riscrivere in funzione della Ka, senza far comparire l'acqua, che è stata inglobata dalla costante di dissociazione acida (che è comunque una costante di equilibrio). Esprime la forza di un acido. Tanto più alta è la KA, tanto più forte è l'acido. Alcune sono talmente alte che sono reazioni irreversibili, come nel caso dell'acido cloridrico HCl.
La costante di dissociazione basica (K )B. Tutto quello detto per gli acidi, vale anche per le basi. Le basi forti hanno spesso KB non quantificabile perché danno reazioni irreversibili. Questi valori di KA e KB sono tabulati, sono noti. Esistono tabelle come questa dove sono riportati gli elenchi degli acidi e le basi.
Acidi e basi polifunzionali. Sono sostanze che possono cedere più di uno ione H+ o acquistare più di uno ione H+. In rosso si vedono alcuni esempi di acidi poliprotici.
Sono poliprotici perché hanno più di un atomo di H. Lo stesso nelle basi. Generalmente una base può acquistare tanti ioni idrogeno quante sono le cariche. Chimica generale 59 Quando si ha un acido poliprotico, questo può dare tante reazioni di dissociazione acida quante sono le reazioni che possono esserci. Quando ci sono più KA, quella più alta è sempre la prima, poi si va a scendere. Questo perché diminuisce gli ioni H+ sono positivi. Il primo cede lo ione H+ perché è positivo. Via via che una sostanza diventa negativa, cede con più difficoltà gli ioni positivi perché vuole rimanere neutra. Sostanze anfotere Quando si ha una sostanza anfotera che non è acqua, la situazione è più complessa: 1. La sostanza anfotera si comporta da acido 2. La sostanza anfotera si comporta da base 3. La sostanza anfotera si comporta si neutralizza -14 L'H+ non può stare a contatto conL'OH- perché il prodotto deve fare 10. Quindi la terza reazione genera acqua finché il prodotto delle due concentrazioni non diventa 10.
Soluzioni tampone
Tutti i sistemi biologici fanno un largo uso di soluzioni tampone. In tutti i fluidi biologici (sangue, ECM, citosol, etc.) stabilizzano il pH in base alle soluzioni tampone.
Cosa sono quindi. Quando il pH non viene modificato dall'aggiunta modica di acidi o basi forti. Il suo pH è stabile, rimane immutato o cambia di poco.
Una soluzione tampone è formata da un acido debole e la sua base coniugata. Se prendiamo un acido forte non si fa una soluzione tampone, serve un acido debole. Ma può anche servire una base debole e il suo acido coniugato.
Esempio è la reazione tra acido acetico e acetato. L'acido acetico è un acido debole.
Chimica generale 60
Una soluzione tampone mantiene stabile il pH perché l'acido debole reagisce con la base forte. Se è presente
in quantità piccola, si ha la neutralizzazione totale dell'acidità (e lo stesso vale il contrario). Come si riconoscono le soluzioni tampone.- Se mettiamo HCl/Cl-, si fa una soluzione tampone? No, perché HCl è un acido forte, quindi niente soluzione tampone.
- HNO2/NO2-: è una soluzione tampone? Sì.
- HF/Cl-: è una soluzione tampone? No, perché non è la sua base coniugata.
- NH3/NH4+: è una soluzione tampone? Sì, è una soluzione tampone.
- HCO3-/H2CO3: è una soluzione tampone? Sì.
- 32-HCO3-/CO : è una soluzione tampone? Sì.
- H-/H2: è una soluzione tampone? No.
negativamente o positive sono rappresentate sottoforma di sale. Come determinare il pH di una soluzione tampone: due approcci
Secondo l'approccio immediato, si considera la KA. Se abbiamo un acido debole si può scrivere una KA, che è sempre rispettata, quindi anche se si mette l'acido debole e la base coniugata, la KA deve essere sempre rispettata. Su questa base si isola H3O+ e si riscrive la seconda equazione nella prima immagine. Quindi, se conosciamo la soluzione tampone si ricava la concentrazione di H3O+. Infine, si ricava il pH col -log. Questo metodo è semplice.
C'è un secondo approccio però, quello di partire dalla seconda equazione dell'immagine a sinistra e fare il -log (prima equazione a destra). Si può invertire il numeratore e il denominatore, cambiando di segno al logaritmo. Questa operazione è lecita nei logaritmi. Chimica generale 61 L'equazione evidenziata in giallo mi permette di trovare
direttamente il pH. La pKA è tabulata e le concentrazioni si conoscono. I due metodi sono uguali. Il range di pH in cui funziona una soluzione tampone La soluzione tampone perfetta è quando acido e base coniugata sono alla stessa concentrazione. Se le concentrazioni sono uguali, il rapporto tra le due specie è 1 e il log 1 = 0. In questa soluzione tampone perfetta, il pH = pKA. Una soluzione tampone svolge il suo ruolo anche quando le concentrazioni sono diverse, ma non devono essere troppo diverse, devono essere comprese tra un rapporto di 10:1 o di 1:10, una non deve essere superiore di 10 volte sull'altra. - Se la base è 10 volte superiore, il rapporto è 10:1, quindi pH = pKA + 1. - Se l'acido è 10 volte superiore alla base, pH = pKA - 1. Questi sono i due casi estremi. Il pH di una soluzione tampone è compreso tra questi due estremi. Quest'aspetto è importante perché scelta una coppia acido/base, nonsi può controllare il pH perché siamo costretti a muoverci in questo range. Se la pKA è 4.7 (acido acetico), quanto è il pH di una soluzione tampone che si può creare tra la coppia acido acetico e acetato? Tra 3,7 e 5,7. Se vogliamo creare un pH 7,4, non si può usare questa coppia. Si deve scegliere la coppia giusta, come mostrato nella tabella. Chimica generale 62 Nomenclatura di acidi 8. Acidi e basi Le 5 principali categorie di basi Il composto deve essere neutro. Per rendere neutro il composto sarà necessario solo un gruppo idrossido, nel caso dei metalli del primo gruppo. Se del secondo gruppo, allora servono due idrossidi per contrastare la carica doppia. Si sciolgono come fossero sali. Tutte queste basi sono basi forti perché liberano ioni OH-. Chimica generale 63 Il numero di ioni metallici X e ioni ossido O2- è tale da rendere neutra la sostanza. Quindi n e m sono scelti in base da rendere neutra la sostanza. Se X è unmetallo del primo gruppo, n=2 e m=1
Se X è del secondo gruppo, n=m=1
Se X è del terzo gruppo, n=2, m=3.
Sono basici grazie allo ione O2-. È fortissima perché può acquistare ioni idrogeno e diventare ioni idrossido.
In acqua, acquista un idrogeno e diventa OH-, ma anche l'acqua che ha ceduto l'H diventa OH-, pertanto se ne formano 2 di ioni OH-. Uno deriva dall'acqua, l'altro dall'ossido.
Non sono ioni idrogeno (H+), ma idruro (H-).
Chimica generale 64
Dobbiamo avere un composto neutro, per cui n deriva dalla necessità di neutralizzare il composto. È una base fortissima perché H- acquista un idrogeno H+ per diventare H2. Lo accetta da una molecola di acqua che diventa OH-.
Dall'acqua quindi si generano H2 e OH-.
Sono composti di chimica organica.
L'ammoniaca è una base, NH3, legata covalentemente a 3 atomi di idrogeno. Non è un composto ionico.
Neppure le ammine lo sono.
Queste sostanze
acquistano uno ione H+ per diventare NH4+. Acquistate da una molecola di acqua che diventa ione idrossido OH-. Le ammine si comportano sempre nello stesso modo.
Chimica generale 65 Sono i residui degli acidi. Vediamo HCl. Questo è un acido forte, ma il Cl- non è una base. Questi acidi forti danno reazioni irreversibili. Si dissocia completamente in Cl- e non può tornare HCl. Quindi, di fatto, le basi coniugate di acidi forti non hanno alcun potere basico. Solo le basi coniugate di acidi deboli possono fornire basi.
Chimica generale 66 Le 5 principali categorie di acidi Sono quelli più semplici. Sono sostanze sempre molecolari. Formati da atomo non metallico del VI o VII gruppo legato covalentemente. Sono acidi perché cedono uno ione H+. Siccome l'atomo di H non è uno ione H+ ma legato covalentemente, gli elettroni del legame covalente sono trattenuti dall'atomo X. Viene ceduto l'idrogeno senza elettroni. Questo è ceduto all'acqua,
che diventa H3O+
La forza è variabile. HF è debole, HCl e HBr sono forti, Gli H2S sono di forza intermedia e debolerispettivamente.
Chimica generale 67
Hanno 3 tipi di atomi. Sono composti ternari perché formati da 3 atomi diversi.
L'atomo non metallico è legato all'ossigeno e lui lega un atomo di H.
Raramente gli atomi di H sono legati covalentemente al non metallo centrale.
Purtroppo, questi ossiacidi hanno formule variabili e a differenza delle altre sostanze, qui è difficile dedurre ne. A complicare la cosa, un atomo X preciso può dare più di un ossiacido.
Lo S, per esempio, ha 2 ossiacidi: H2SO4 e H2SO3, lo stesso l'azoto, il fosforo e addirittura 4 col cloro e conformula variabile. L'unico modo per conoscerli è impararli. Sono 20.
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Stavolta non ci sono idrogeni. Ma come fanno ad essere acidi? Perché in acqua si trasformano nei loro ossiacidi corrispondenti.
Acquista molecole di acqua,
da reazione di addizione e quindi diventa l'ossiacido corrispondente, corrispondente nel senso che mantiene il suo numero di ossidazione. Spesso le molecole di acqua sono più di una, ma questo dipende dal numero stechiometrico. È l'acido coniugato dell'ammoniaca NH3. Essendo positivo, si trova spesso accoppiato con uno ione negativo a formare un sale. Chimica generale 69. Il più famoso è l'acido acetico, che conferisce all'aceto il sapore acido. Il residuo è la base dell'acido carbossilico, e si chiama ione carbossilato. Acidi particolari. Esistono alcuni acidi particolari: Acido cianidrico (HCN) simile agli idracidi pur avendo due non-metalli anziché uno. Acido Manganico (H MnO4) simile agli ossiacidi pur avendo un metallo anziché un non-metallo. Acido Permanganico (HMnO4) simil
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