Esame chimica generale

Anfoteri

Sono sostanze che possono comportarsi sia da acido che da base, un esempio è l'acqua.

• L'acqua reagisce con un acido acquistando un protone (funziona da base).
• L'acqua reagisce con una base cedendo un protone (funziona da acido).

Le sostanze anfotere devono avere sia un protone da cedere che un lone pair disponibile.

Forza di acidi e basi

Non tutte le reazioni sono completamente spostate a destra, favorendo la formazione dei prodotti, ma si fermano prima raggiungendo una posizione di equilibrio.

Il procedere di una reazione dipende dalla forza degli acidi e delle basi coinvolte, ovvero dalla capacità di un acido o di una base a cedere o accettare il protone.

Acidi e basi forti

- Acido forte: si dissocia completamente cedendo il suo protone ad una base. La sua base coniugata sarà molto debole, e la reazione risulta spostata a destra.

- Base forte: è una specie che acquista facilmente un protone. Il suo acido coniugato sarà molto debole.

e la reazione risulta spostata a destra.

Acido debole: è una specie che cede il suo protone secondo un equilibrio chimico. La reazione di equilibrio:

Base debole: è una specie che acquista il protone secondo un equilibrio chimico. La reazioni di equilibrio:

Più forte è l'acido, più debole sarà la sua base coniugata, e viceversa.

COSTANTI ACIDE E BASICHE

Queste costanti si ricavano dalla formula della costante di equilibrio Kc.

La costante di acidità Ka fornisce informazioni sulla reazione di equilibrio.

La costante di basicità Kb fornisce informazioni sulla reazione di equilibrio.

TABELLA CON LE COSTANTI DI DISSOCIAZIONE ACIDA (Ka) E DISSOCIAZIONE BASICA (Kb)

N.B: L'acido nitrico, seppur si trovi sotto lo ione ossonio, ma avendo Ka di circa 20, viene considerato un acido forte. →

COPPIE CONIUGATE HA/A ACIDI FORTI / BASI MOLTO DEBOLI

Questi acidi hanno Ka molto grande, sono quindi molto dissociati e la reazione

sarà spostata a destra.→-COPPIE CONIUGATE HA / A ACIDI DEBOLI / BASI DEBOLI +Sono considerati acidi deboli e quindi le loro basi coniugate deboli, e viceversa, tutte quelle coppie comprese tra lo ione ossonio (H3O+) e l’acqua (H2O).→-COPPIE CONIUGATE HA / A ACIDI MOLTO DEBOLI / BASI FORTI Tutte le basi coniugate di acidi molto deboli (nella tabella al di sotto dell’acqua) sono considerate molto forti. COMPORTAMENTO ACIDI FORTI IN ACQUA COMPORTAMENTO BASI FORTI IN ACQUA COMPORTAMENTO ACIDI DEBOLI IN ACQUA COMPORTAMENTO BASI DEBOLI IN ACQUA COME PREVEDERE LA DIREZIONE DI UNA REAZIONE ACIDO-BASE La forza di acidi e basi è riportata in tabella secondo un ordine di acidità e basicità crescente. IN GENERALE l’equilibrio sarà spostato sempre verso la formazione dell’acido e della base più deboli: - L’acido forte sposta l’acido debole dal suo sale. - La base forte sposta la base debole dal suo sale. ESEMPIO: ACIDI

idrossonio H₃O⁺

PRODOTTO IONICO DELL'ACQUA

L'equilibrio di autoprotolisi dell'acqua viene descritto da una costante di equilibrio definita PRODOTTO IONICO Kw.

Dall'equazione del prodotto ionico dell'acqua, possiamo ricavare le formule inverse, per determinare come calcolare la concentrazione di OH^- e H₃O⁺.

Una soluzione in cui la concentrazione degli ioni OH^- e H₃O⁺ risultano essere uguali viene definita soluzione neutra.

Una soluzione che contiene una maggior concentrazione di ioni OH^- viene definita soluzione basica.

Una soluzione che contiene una maggior concentrazione di ioni H₃O⁺ viene definita soluzione acida.

ACIDITÀ, BASICITÀ E NEUTRALITÀ DELLE SOLUZIONI

Tenendo bene a mente la relazione fra OH^- e H₃O⁺ definita dal prodotto ionico dell'acqua:

Per evitare di usare una notazione esponenziale per OH^- e H₃O⁺ si ricorre all'operatore p, che corrisponde all'opposto del logaritmo (-log).

PRODOTTO IONICO IN SCALA

LOGARITMICA pKwSi applica anche in questo caso l'operatore p:pH DI SOLUZIONI ACIDE, BASICHE E NEUTRE -RELAZIONE FRA Ka E Kb DI UNA COPPIA CONIUGATA ACIDO HA BASE ACALCOLO DEL pH DI SOLUZIONI ACQUOSE DI ACIDI E BASI FORTI

In questo capitolo calcoleremo il pH si:

• Soluzioni acquose di acidi forti concentrati.
• Soluzioni acquose di basi forti concentrate.

CALCOLO DEL pH DI SOLUZIONI ACQUOSE DI ACIDI FORTI CONCENTRATI (C > 10 mol/L)

Come prima cosa si scrive la reazione di dissociazione dell'acido HA (tutta spostata a destra in quanto acido forte):

Poiché si tratta di una soluzione acquosa si deve sempre considerare anche la reazione di auto protolisi dell'acqua (reazione di equilibrio):

Quindi, in definitiva avremmo:

ESEMPIO!!

CALCOLO DEL pH DI SOLUZIONI ACQUOSE DI BASI FORTI CONCENTRATE

Come prima cosa scrivo la reazione di protonazione della base :B (reazione che risulterà completamente spostata a destra in quanto base forte).

Anche in questo caso devo

In definitiva avremmo:

ESEMPIO!! CALCOLO DEL pH DI SOLUZIONI ACQUOSE DI ACIDI E BASI DEBOLI E POLIPROTICI

In questo capitolo calcoleremo il pH di:

• Soluzioni acquose di acidi deboli concentrate
• Soluzioni acquose di basi deboli concentrate
• Soluzioni acquose di acidi poliprotici concentrati
• Soluzioni acquose di basi poliprotiche concentrate

CALCOLO DEL pH DI SOLUZIONI DI ACIDI DEBOLI CONCENTRATI (C > 10 mol/L)

Come prima cosa scrivo la reazione di dissociazione dell'acido HA (reazione di equilibrio in quanto è un acido debole):

Poiché si tratta di una soluzione acquosa si deve considerare anche la reazione di autoionizzazione dell'acqua (è una reazione di equilibrio):

Scrivo la formula della costante acida Ka:

Vi sono due metodi per calcolare il pH di una soluzione acquosa di un acido debole:

• Acido molto debole (metodo approssimato)
• Acido debole (metodo non approssimato)

METODO APPROSSIMATO

Se

l'acido è molto debole posso applicare la seguente relazione: METODO NON APPROSSIMATO

Se l'acido è debole, devo risolvere l'equazione di 2° grado: ESEMPIO!! -6

CALCOLO DEL pH DI SOLUZIONI DI BASI DEBOLI (Cb > 10 mol/L)

Scrivo la reazione di protonazione delle base: B (è una reazione di equilibrio in quanto base debole).

Scrivo anche in questo caso la reazione di auto protolisi dell'acqua:

Scrivo la formula della costante basica Kb:

Vi sono due metodi per calcolare il pH si una soluzione acquosa di una base debole:

- Base molto debole (metodo approssimato)

- Base debole (metodo non approssimato)

METODO APPROSSIMATO

Se la base è molto debole posso applicare la seguente formula:

METODO NON APPROSSIMATO

Se la base è debole devo risolvere l'equazione di secondo grado: ESEMPIO!! -6

CALCOLO DEL pH DI ACIDI POLIPROTICI CONCENTRATI (C >10 mol/l)

aIn questa categoria non rientra l'acido solforico (H SO ), che viene considerato

acido forte.2 4ACIDO SOLFORICOESEMPIO!!Per tutti gli acidi poliprotici (ad esclusione dell’acido solforico appena trattato), si considera solo la prima dissociazione (reazione di equilibrio):Scrivo la costante acida della prima dissociazione:ESEMPIO!! -6CALCOLO DEL pH DI SOLUZIONI DI BASI POLIPROTICHE CONCENTRATE (Cb > 10 mol/L)Si considera solo la prima reazione di protonazione della base (è una reazione di equilibrio):Scrivo la costante basica della prima protonazione:ESEMPIO!!IDROLISI SALINACon il termine idrolisi salina, si definisce la dissoluzione di un sale in acqua. - +I due ioni che si generano, possono in alcuni casi variare il pH della soluzione immettendo nella stessa ioni OH o H O .3Si comportano, quindi, come acidi o basi nei confronti dell’acqua.Il valore del pH della soluzione dipende quindi dalla natura degli ioni e dal loro comportamento acido-base rispetto all’acqua.COMPORTAMENTO ACIDO-BASE DEGLI IONI POSITIVI- In generale, i cationi che

NH₄NO₃ è un IDROLISI ACIDA. Il pH è inferiore a 7. Il sale si dissocia in ione positivo (acido debole) e ione negativo (base debole). NH₄CN, NH₄NO₃ può essere IDROLISI ACIDA O BASICA.

Il pH dipende dalla forza dell'acido e della base.

IDROLISI NEUTRA: Si scrive la reazione di dissociazione del sale in acqua. Verificare sulla tabella degli acidi e basi la natura acido-base degli ioni:

+

Na+ è uno ione metallico che non influenza il pH

-

Cl- è sopra ad H2O, è una base molto debole e quindi non influenza il pH.

Nessuno dei due ioni influenza il pH della soluzione.

pH = 7

ESEMPIO!!

IDROLISI BASICA: Si scrive la