Chimica generale - corso di teoria

Appunti del corso di Chimica di Rebecca Novara

[H O+]):3 o In soluzione acida, pH < 7.00o In soluzione neutra, pH = 7.00o In soluzione basica, pH > 7.00La relazione tra Ka e pKa: pKa = -logKapOH = -log [OH-]10pKw = pH + pOH = 14.00 a 25°C 51Appunti del corso di Chimica di Rebecca NovaraApprossimazioni negli esercizi:1) Trascuro autoionizzazione dell’acqua nelle concentrazioni: valido se [H O+] > 10⁻⁶ M32) Se Ka è molto piccola posso assumere che la concentrazione dell’acido indissociato all’equilibrio siauguale a quella iniziale. Valido se la percentuale di acido ionizzato < 5%:Acidi poliproticiUn acido poliprotico è un acido con più di un protone ionizzabile. In soluzione, ogni dissociazione ha una suaKa: Ka1 > Ka2 > Ka3 > …Dissociazione di basi deboli in soluzione acquosaLa costante di dissociazione (o di ionizzazione) basica è data da:B + H O BH+ + OH-(aq) (l) (aq) (aq)2Anioni di acidi deboli come basi deboliProprietà acido base di

soluzioni salineRelazione è valida per qualsiasi coppia coniugata acido-base: Ka x Kb = Kw 52Appunti del corso di Chimica di Rebecca NovaraIoni metallici idratiAlcuni ioni metallici idrati possono trasferire un H+ a H2O. Le soluzioni di questi ioni metallici sono acide.2Mⁿ⁺ + H2O → M(H2O)xⁿ⁺(aq) (l) (aq)2 2Se Mn+ è piccolo e con carica elevata, attrae sufficiente densità elettronica dal legame O-H nelle molecole d'acqua a cui è legato da permettere la dissociazione di H+:1) Sali che producono soluzioni neutreUn sale costituito dall'anione di un acido forte e dal catione di una base forte produce una soluzione neutra.La soluzione di nitrato di sodio sarà neutra perché né Na⁺ né NO3⁻ reagiranno con H2O.22) Sali che producono soluzioni acideUn sale costituito dall'anione di un acido forte e dal catione di una base debole produce una soluzione acida.La soluzione di cloruro d'ammonio

relative di acidi e basi

Sono acidi forti:

• gli acidi alogenidrici (HCl, HBr, HI);
• gli ossiacidi in cui il numero di atomi di O supera di due o più il numero di protoni ionizzabili (ad es.HNO3, H2SO4, HClO4).

Sono acidi deboli:

• l'acido alogenidrico HF;
• gli acidi in cui H non è legato a O o a un alogeno (ad es. HCN);
• gli ossiacidi in cui il numero di atomi di O è uguale a, o supera di uno, il numero di protoni ionizzabili (ad es. HClO, HNO2);
• gli acidi carbossilici (formula generale RCOOH; ad es. CH3COOH and C6H5COOH).

Sono basi forti:

• i composti solubili contenenti ioni O2- o OH-;
• i cationi sono di solito quelli della maggior parte dei metalli attivi:
• M2O o MOH, in cui M = metallo del Gruppo 1A(1) (Li, Na, K, Rb, Cs);
• MO o M(OH)2, in cui M = metallo del Gruppo 2A(2) (Ca, Sr, Ba).

Sono basi deboli:

• l'ammoniaca (NH3);
• le ammine;
• La caratteristica strutturale comune è un atomo di N con un lone pair.

Forza acida degli idruri dei non metalli

La forza acida aumenta lungo un periodo. L'acidità aumenta perché aumenta l'elettronegatività di E. La forza acida aumenta lungo un gruppo. La lunghezza del legame E-H aumenta lungo un gruppo e parallelamente diminuisce la forza del legame.

Forza acida negli ossiacidi: Per gli ossiacidi con lo stesso numero di atomi di ossigeno attorno a E, la forza acida aumenta all'aumentare dell'elettronegatività di E. Per gli ossiacidi con differenti numeri di atomi di ossigeno attorno a un dato E, la forza acida aumenta all'aumentare del numero di atomi di O.

L'effetto di livellamento: Tutti gli acidi e le basi forti sono ugualmente forti in acqua. Tutti gli acidi forti si dissociano completamente per formare H⁺ e tutte le basi forti si dissociano completamente per formare OH^-. In acqua, l'acido più forte possibile è H₃O⁺ e la base più forte possibile è OH^-. H₃O esercita un effetto di livellamento su qualsiasi

acido o base forte: l'effetto livellante è il fenomeno per cui acidi o basi forti presentano nel solvente acqua tutti valori estremamente alti delle costanti di equilibrio, tali che ai fini pratici possono considerarsi ognuno egualmente forte in ambiente. 54Appunti del corso di Chimica di Rebecca Novara

Tamponi acido-base

Un tampone acido-base è una soluzione che attenua le variazioni in pH derivanti dall'aggiunta di un acido o di una base.

Un tampone acido-base normalmente è costituito da una soluzione contenente una coppia coniugata acido-base in cui entrambe le specie sono presenti in quantità apprezzabile.

Un tampone acido-base è perciò una soluzione di un acido debole e della sua base coniugata, o di una base debole e del suo acido coniugato.

I tamponi funzionano attraverso un meccanismo noto come l'effetto dello ione comune.

Le componenti del tampone (HA e A-) consumano piccole quantità di ioni OH- o H3O+ spostando la

posizionedell’equilibrio.Gli ioni aggiunti di acido forte o base forte hanno poco effetto sul pH perché sono consumati dall’una odall’altra componente del tampone.Concentrazioni relative delle componenti di un tamponePoiché Ka è costante, [H O+] in soluzione dipende dal rapporto delle concentrazioni delle componenti del3tampone:o Se il rapporto [HA]/[H-] aumenta, [H O+] aumenta e il pH diminuisce.3o Se il rapporto [HA]/[H-] diminuisce, [H3O+] diminuisce e il pH aumenta.pH di una soluzione tampone:L’acido e la base debole dissociano poco, e ancora meno in presenza della lorospecie coniugata. Possiamo quindi assumere che le concentrazioni dell’acido edella base siano uguali alle concentrazioni iniziali [acido] e [base] .0 0 55Appunti del corso di Chimica di Rebecca NovaraIl pH di un tampone non varia se viene diluito, a differenza del pH di una soluzione di un acido o di una base.Potere tamponanteIl potere tamponante è una misura

essere vicino al valore di pH desiderato.

Calcolare il rapporto delle concentrazioni delle componenti del tampone.

Determinare la concentrazione del tampone e calcolare il volume di soluzione o le masse delle componenti.

Miscelare le soluzioni e aggiustare il pH.

Un tampone si può preparare miscelando:

1. Acido debole e un suo sale (o base debole e un suo sale)
2. Una soluzione di acido debole (o base debole), parzialmente neutralizzata con una base forte (o acido forte).

Il pH del sangue è tamponato grazie a una serie di coppie acido base, che includono carbonati e fosfati. La componente principale dell'azione tampone sul sangue è la coppia coniugata H₂CO₃/HCO₃^-.

Definizione di acidi e basi di Lewis

Una base di Lewis è una specie che dona una coppia di elettroni per formare un legame.

Un acido di Lewis è una specie che accetta una coppia di elettroni per formare un legame.

La definizione di Lewis considera una reazione acido-base come la

L'ossidazione è la perdita di elettroni. L'agente riducente perde elettroni e si ossida.

La riduzione è l'acquisto di elettroni. L'agente ossidante acquista elettroni e si riduce.

Una reazione redox è una reazione di trasferimento elettronico. L'ossidazione e la riduzione avvengono insieme.

L'ossidazione è la perdita di elettroni e la riduzione è l'acquisto di elettroni. I due processi avvengono contemporaneamente.

L'ossidazione causa un aumento del numero di ossidazione (N.O.) mentre la riduzione causa una diminuzione del N.O..

L'agente ossidante acquista elettroni dalla sostanza che si