alla fine di questa sezione, si sarà in grado di:
- Identificare acidi, basi, e coniugata acido-base paia secondo Brønsted-Lowry definizione
- Scrivere le equazioni di acido e di base, reazioni di ionizzazione
- Utilizzare ioni prodotto di una costante per l’acqua, per calcolare idronio e idrossido di concentrazioni di ioni
- Descrivere l’acido-base del comportamento di amphiprotic sostanze
La reazione acido-base è stato studiato per un bel po ‘ di tempo., Nel 1680, Robert Boyle riportò tratti di soluzioni acide che includevano la loro capacità di dissolvere molte sostanze, di cambiare i colori di alcuni coloranti naturali e di perdere questi tratti dopo essere venuti a contatto con soluzioni alcaline (di base). Nel diciottesimo secolo, è stato riconosciuto che gli acidi hanno un sapore aspro, reagiscono con il calcare per liberare una sostanza gassosa (ora nota come CO2) e interagiscono con gli alcali per formare sostanze neutre., Nel 1815, Humphry Davy contribuì notevolmente allo sviluppo del moderno concetto acido-base dimostrando che l’idrogeno è il costituente essenziale degli acidi. Nello stesso periodo, Joseph Louis Gay-Lussac concluse che gli acidi sono sostanze in grado di neutralizzare le basi e che queste due classi di sostanze possono essere definite solo in termini l’una dell’altra., Il significato dell’idrogeno fu enfatizzato nel 1884 quando Svante Arrhenius definì un acido come un composto che si dissolve in acqua per produrre cationi di idrogeno (ora riconosciuti come ioni idronio) e una base come un composto che si dissolve in acqua per produrre anioni di idrossido.
Johannes Brønsted e Thomas Lowry hanno proposto una descrizione più generale nel 1923 in cui acidi e basi sono stati definiti in termini di trasferimento di ioni idrogeno, H+., (Si noti che questi ioni idrogeno sono spesso indicati semplicemente come protoni, poiché quella particella subatomica è l’unico componente dei cationi derivati dall’isotopo di idrogeno più abbondante, 1H.) Un composto che dona un protone ad un altro composto è chiamato acido di Brønsted-Lowry, e un composto che accetta un protone è chiamato base di Brønsted-Lowry. Una reazione acido-base è, quindi, il trasferimento di un protone da un donatore (acido) a un accettore (base).
Il concetto di coppie coniugate è utile per descrivere le reazioni acido-base di Brønsted-Lowry (e anche altre reazioni reversibili)., Quando un acido dona H+, la specie che rimane è chiamata la base coniugata dell’acido perché reagisce come un accettore di protoni nella reazione inversa. Allo stesso modo, quando una base accetta H+, viene convertita nel suo acido coniugato. La reazione tra acqua e ammoniaca illustra questa idea. Nella direzione in avanti, l’acqua agisce come un acido donando un protone all’ammoniaca e successivamente diventando uno hydroxide idrossido, OH -, la base coniugata dell’acqua. L’ammoniaca agisce come base nell’accettare questo protone, diventando uno ion ammonio, NH4+, NH4+, l’acido coniugato dell’ammoniaca., Nella direzione inversa, uno hydroxide idrossido agisce come base nell’accettare un protone dallo ion ammonio, che agisce come un acido.
La reazione tra un acido di Brønsted-Lowry e l’acqua è chiamata ionizzazione acida. Ad esempio, quando il fluoruro di idrogeno si dissolve in acqua e ionizza, i protoni vengono trasferiti dalle molecole di fluoruro di idrogeno alle molecole d’acqua, producendo ioni idronio e ioni fluoruro:
La ionizzazione di base di una specie si verifica quando accetta protoni dalle molecole d’acqua., Nell’esempio seguente, le molecole di piridina, C5NH5, subiscono ionizzazione di base quando disciolte in acqua, producendo ioni idrossido e piridinio:
Le precedenti reazioni di ionizzazione suggeriscono che l’acqua può funzionare sia come base (come nella sua reazione con fluoruro di idrogeno) che come acido (come nella sua reazione con ammoniaca). Specie in grado di donare o accettare protoni sono chiamati anfiprotrici, o più in generale, anfoteri, un termine che può essere usato per acidi e basi per definizioni diverse da quella di Brønsted-Lowry., Le equazioni di seguito mostrano due possibili reazioni acido-base per due amphiprotic specie, ioni bicarbonato e acqua:
La prima equazione rappresenta la reazione del bicarbonato come un acido con l’acqua come base, mentre il secondo rappresenta la reazione del bicarbonato come base di acqua, come un acido., Quando il bicarbonato è aggiunto all’acqua, entrambi questi equilibri sono stabiliti simultaneamente e la composizione della soluzione risultante può essere determinata attraverso calcoli di equilibrio appropriati, come descritto più avanti in questo capitolo.
Allo stato liquido, le molecole di una sostanza anfiprotica possono reagire l’una con l’altra come illustrato per l’acqua nelle equazioni seguenti:
Il processo in cui le molecole simili reagiscono per produrre ioni è chiamato autoionizzazione., L’acqua liquida subisce autoionizzazione in misura molto leggera; a 25 °C, circa due su ogni miliardo di molecole d’acqua sono ionizzate. La misura dell’acqua autoionization processo si riflette nel valore della sua costante di equilibrio, ione del prodotto di una costante per l’acqua, Kw:
Il lieve ionizzazione dell’acqua pura è riflessa nel piccolo valore della costante di equilibrio; a 25 °C, Kw ha un valore di 1.0 ×× 10-14., Il processo è endotermico e quindi l’entità della ionizzazione e le concentrazioni risultanti di hyd idronio e ion idrossido aumentano con la temperatura. Ad esempio, a 100 °C, il valore per Kw è di circa 5,6 ×× 10-13, circa 50 volte più grande del valore a 25 °C.