Acidi e basi, tamponi, significato biologico del pH e sue variazioni

Un acido può cedere il suo protone solo se in presenza di

un composto che abbia caratteristiche basiche. L’acqua si

comporta sia da base che da acido. In questo caso l’acqua

può essere definita una molecola anfotera.

Un altro acido importante in biochimica è l’acido fosforico

dato che può dare composti organici

(fosfoanidridi,fosfoesteri e anidridi miste) che hanno

importanti funzioni biologiche. Nell’acido fosforico troviamo

tre siti di dissociazione acida, tanto che viene detto acido

poliprotico in particolare triprotico, quindi può dare luogo a

tre processi di dissociazione acida. Il primo prevede la

scissione di un gruppo ossidrilico e produzione di uno ione

idronio. La seconda porterà alla formazione di un nuovo

ione idronio a partire dalla scissione di un gruppo ossidrilico

appartenente all’anione di-idrogeno fosfato. Possiamo

notare che la prima dissociazione è completa, ovvero

abbiamo un processo irreversibile*, la seconda invece è

reversibile*. La differenza sta nel fatto che alcuni sono

acidi/elettroliti forti(acido fosforico,sali), mentre altri sono

deboli(acido acetico). Gli elettroliti sono composti che per

BIOCHIMICA – LEZIONE 2 – 06-05-2016

dissociazione generano specie cariche. A seconda che si

siano dissociati completamente oppure no determina la

differenza tra elettroliti forti e deboli.

*PERCHE’? * l’acido fosforico(mono idrogeno) risulterà più

acidificante rispetto al di-idrogeno poiché il secondo è uno

ione e quindi darà più difficilmente luogo a una

dissociazione completa. Pertanto la prima reazione sarà

irreversibile/completa (elettrolita forte) mentre la seconda

reversibile/incompleta(elettrolita debole).

Altro acido importante è l’acido carbonico (H CO ),

2 3

generato dalla condensazione tra CO +H O. L’acido

2 2

carbonico è un acido biprotico. Esso infatti può dare luogo a

due processi di dissociazione in acqua. La prima

dissociazione dà luogo a uno ione idronio e un anione

3-

idrogeno carbonato (o bicarbonato, HCO ). Esso può

dare luogo ad un ulteriore dissociazione generando uno

-

ione idronio e l’anione carbonato (CO H ).

3

BASI.

È una sostanza capace di accettare dei protoni da una

molecola che si comporti da acido, generando un catione e

-

generando ioni ossidrilici (OH ). Un aumento degli ioni

ossidrilici in soluzione si traduce in un aumento della

basicità di una soluzione.

Esempi di basi importanti di basi in biochimica sono quasi

tutti i composti contenenti azoto. Esso infatti contiene un

doppietto non condiviso che è capace di attrarre protoni

mediante un legame dativo. Un esempio è dunque

l’ammoniaca (NH ) che in acqua si comporta da base

3 4+

generando lo ione ammonio(NH ) e uno ione ossidrile

-

(OH ). In modo analogo tutte le ammine (RNH ,R NH,R N)

2 2 3

in acqua producono uno ione ossidrile e uno ione ammonio.

BIOCHIMICA – LEZIONE 2 – 06-05-2016

In queste reazioni si possono distinguere delle coppie di

acido-base coniugate, cioè una base acquista un protone e

genera un composto più ricco di atomi di idrogeno, che

verrà chiamato acido coniugato. In modo analogo l’acido

genera una sua base coniugata.

IN CHE MODO SI QUANTIFICA LA FORZA DI UN ACIDO

O DI UNA BASE? Introduciamo il concetto di pH.

Il pH è il logaritmo negativo della concentrazione degli ioni

idronio in soluzione.

+¿ ¿

H O

3 ⁡

pH=−log ¿

Mole: quantità di sostanza contenente un certo numero di

unità elementari di questa sostanza, il cui peso in grammi è

uguale al peso atomico della sostanza stessa.

Il valore di pH=7 è il valore associato al concetto di

neutralità della soluzione. Corrisponde al valore di pH che

ha l’acqua pura. Essa con il processo di autoprotolisi

-7

genera una concentrazione di ioni idronio pari a 10 mol/L e

che corrisponde anche alla concentrazione degli ioni

ossidrili dato che nell’autoprotolisi due molecole di acqua

interagiscono tra di loro per generare uno ione idronio e uno

ossidrile.

Aggiungendo un acido in acqua, esso si dissocia e

+

determina un aumento degli ioni H O e pertanto il valore di

3

-7

10 deve diventare maggiore, quindi questa condizione

sarà rispettata per valori maggiori di -7, e cioè -1,-2,-3,-4,-

5,-6 che corrisponderanno a valori positivi andando a

calcolarne il logaritmo negativo. +

Aumentando la concentrazione di ioni H O il valore del

3

pH(essendo il logaritmo negativo) si abbasserà. Possiamo

+

dire allora che la concentrazione di ioni H O sarà

3

+ + +

inversamente proporzionale a -log[H O ]  H O -log[H O ]

∝

3 3 3

Viceversa, aggiungendo una base, aumenta il numero

-

degli OH e per il principio di LeChatelier-Brown l’equilibrio