Quando si mescolano due composti ionici solubili in acqua si ottiene una soluzione contenente i quattro ioni che in genere rimane stabile

Due ioni reagiscono per dare un composto ionico non solubile:Due ioni reagiscono per dare un composto ionico non solubile:Due ioni reagiscono per dare un composto ionico non solubile:Due ioni reagiscono per dare un composto ionico non solubile:

Reazioni di precipitazione:Reazioni di precipitazione:Reazioni di precipitazione:Reazioni di precipitazione:

NaNaNaNa++++((((aqaqaqaq) + ) + ) + ) + ClClClCl−−−− ((((aqaqaqaq) + K) + K) + K) + K++++((((aqaqaqaq) + ) + ) + ) + NONONONO3333−−−− ((((aqaqaqaq) ) ) ) →→→→ stabilestabilestabilestabile

Affinchè fra questi ioni si possa avere una reazione, due di essi devono reagire per dare un composto non-elettrolita che può essere rimosso dalla soluzione.Vi sono tre possibili reazioni di questo genere:

CaCaCaCa2+2+2+2+((((aqaqaqaq) + 2OH) + 2OH) + 2OH) + 2OH−−−−((((aqaqaqaq) + 2Na) + 2Na) + 2Na) + 2Na++++((((aqaqaqaq) +) +) +) + COCOCOCO33332222−−−− ((((aqaqaqaq) ) ) ) →→→→ CaCOCaCOCaCOCaCO3333 (s) +(s) +(s) +(s) + 2 2 2 2 NaNaNaNa++++((((aqaqaqaq) +) +) +) + 2 OH2 OH2 OH2 OH−−−− ((((aqaqaqaq) ) ) )

CaCaCaCa(OH)(OH)(OH)(OH)2222 ((((aqaqaqaq) + Na) + Na) + Na) + Na2222COCOCOCO3333 ((((aqaqaqaq) ) ) ) →→→→ CaCOCaCOCaCOCaCO3333 (s) + 2 (s) + 2 (s) + 2 (s) + 2 NaOHNaOHNaOHNaOH ((((aqaqaqaq))))

equazione molecolareequazione molecolareequazione molecolareequazione molecolare

Equilibri ionici in soluzione acquosa Equilibri ionici in soluzione acquosa Equilibri ionici in soluzione acquosa Equilibri ionici in soluzione acquosa Equilibri ionici in soluzione acquosa Equilibri ionici in soluzione acquosa Equilibri ionici in soluzione acquosa Equilibri ionici in soluzione acquosa

equazione ionicaequazione ionicaequazione ionicaequazione ionica

Due degli ioni sono H+ e OH− che reagiscono per dare H2O:

Reazioni di neutralizzazione:

H+ (aq) + Cl− (aq) + Na+ (aq) + OH− (aq) → H2O (l) + + Cl− (aq) + Na+ (aq)

HCl (aq) + NaOH (aq) → H2O (l) + NaCl (aq)

Due degli ioni reagiscono per dare un composto molecolare gassosDue degli ioni reagiscono per dare un composto molecolare gassosDue degli ioni reagiscono per dare un composto molecolare gassosDue degli ioni reagiscono per dare un composto molecolare gassoso o o o che evolve dalla soluzione:che evolve dalla soluzione:che evolve dalla soluzione:che evolve dalla soluzione:

Reazioni con formazione di gas:Reazioni con formazione di gas:Reazioni con formazione di gas:Reazioni con formazione di gas:

2Na2Na2Na2Na+ + + + ((((aqaqaqaq) + S) + S) + S) + S2222−−−− ((((aqaqaqaq) + 2H) + 2H) + 2H) + 2H+ + + + ((((aqaqaqaq) +) +) +) + 2Cl2Cl2Cl2Cl−−−−((((aqaqaqaq)))) →→→→ 2Na2Na2Na2Na++++ ((((aqaqaqaq)+2Cl)+2Cl)+2Cl)+2Cl−−−− ((((aqaqaqaq) +) +) +) + HHHH2222S (g)S (g)S (g)S (g)

NaNaNaNa2222S (S (S (S (aqaqaqaq) + 2HCl () + 2HCl () + 2HCl () + 2HCl (aqaqaqaq) ) ) ) →→→→ 2NaCl (2NaCl (2NaCl (2NaCl (aqaqaqaq) + H) + H) + H) + H2222S (g)S (g)S (g)S (g)

equazione molecolareequazione molecolareequazione molecolareequazione molecolare

equazione ionicaequazione ionicaequazione ionicaequazione ionica

equazione molecolareequazione molecolareequazione molecolareequazione molecolare

equazione ionicaequazione ionicaequazione ionicaequazione ionica

TEORIE ACIDOTEORIE ACIDOTEORIE ACIDOTEORIE ACIDOTEORIE ACIDOTEORIE ACIDOTEORIE ACIDOTEORIE ACIDO--------BASEBASEBASEBASEBASEBASEBASEBASE

1) Teoria di 1) Teoria di 1) Teoria di 1) Teoria di 1) Teoria di 1) Teoria di 1) Teoria di 1) Teoria di ArrheniusArrheniusArrheniusArrheniusArrheniusArrheniusArrheniusArrhenius

Arrhenius fu il primo a proporre una teoria acido-base a partire dal comportamento di queste sostanze in acqua.

Un acidoacido è una sostanza che, sciolta in acqua, provoca un

aumento della concentrazione degli ioni H+.

HCl(aqHCl(aqHCl(aqHCl(aq) ) ) ) →→→→ HHHH++++(aq(aq(aq(aq) + ) + ) + ) + ClClClCl----(aq(aq(aq(aq) ) ) ) HHHH2222OOOO

Una basebase è una sostanza che, sciolta in acqua, provoca un

aumento della concentrazione degli ioni OH-.

NaOH(aqNaOH(aqNaOH(aqNaOH(aq) ) ) ) →→→→ NaNaNaNa++++(aq(aq(aq(aq) + OH) + OH) + OH) + OH----((((aqaqaqaq) ) ) ) HHHH2222OOOO

Arrhenius distinse poi gli acidi e le basi a seconda della loro forza.

Un acido forteacido forte è una sostanza che in acqua si ionizza completamente per dare ioni H+ (es. HCl):

Una base fortebase forte è una sostanza che in acqua si ionizza completamente per dare ioni OH- (es. NaOH):

Acidi e basi deboliAcidi e basi deboli non sono completamente ionizzati in soluzione ma danno luogo ad un equilibrio

CHCHCHCH3333COOH(aq) COOH(aq) COOH(aq) COOH(aq) HHHH++++(aq(aq(aq(aq) + CH) + CH) + CH) + CH3333COOCOOCOOCOO----(aq) (aq) (aq) (aq) HHHH2222OOOO

Acido aceticoAcido acetico

HCl(aqHCl(aqHCl(aqHCl(aq) ) ) ) →→→→ HHHH++++(aq(aq(aq(aq) + ) + ) + ) + ClClClCl----(aq(aq(aq(aq) ) ) ) HHHH2222OOOO

NaOH(aqNaOH(aqNaOH(aqNaOH(aq) ) ) ) →→→→ NaNaNaNa++++(aq(aq(aq(aq) + OH) + OH) + OH) + OH----((((aqaqaqaq) ) ) ) HHHH2222OOOO

La teoria di Arrhenius ha dei limiti:

1) formalmente lo ione H+ è un protone e non può esistere in acqua come tale, ma solo legato ad una molecola di acqua sottoforma di ione H3O+ in cui H+ è legato tramite un legame dativo ad un doppiettodell’ossigeno dell’acqua.

HCl(aqHCl(aqHCl(aqHCl(aq) +H) +H) +H) +H2222O(l) O(l) O(l) O(l) →→→→ HHHH3333OOOO++++(aq) + (aq) + (aq) + (aq) + ClClClCl----(aq(aq(aq(aq) ) ) )

CHCHCHCH3333COOH(aq)+HCOOH(aq)+HCOOH(aq)+HCOOH(aq)+H2222O(l) O(l) O(l) O(l) HHHH3333OOOO++++(aq) + CH(aq) + CH(aq) + CH(aq) + CH3333COOCOOCOOCOO----(aq) (aq) (aq) (aq)

2) La teoria di Arrhenius è limitata a soluzioni acquose 3) Le sostanze che non contengono ioni OH- (ad esempio NH3) secondo questa treoria non sono basi.

TeoriaTeoriaTeoriaTeoriaTeoriaTeoriaTeoriaTeoria di di di di di di di di BrBrBrBrBrBrBrBrøøøøøøøønstednstednstednstednstednstednstednsted e e e e e e e e LowryLowryLowryLowryLowryLowryLowryLowry (1923)(1923)(1923)(1923)(1923)(1923)(1923)(1923)

Le reazioni acido-base sono considerate come reazioni di trasferimento di protoni H+

Un Un Un Un acidoacidoacidoacidoacidoacidoacidoacido èèèè una specie che una specie che una specie che una specie che donadonadonadona un protoneun protoneun protoneun protone

Una Una Una Una basebasebasebasebasebasebasebase èèèè una specie che una specie che una specie che una specie che accettaaccettaaccettaaccetta un protoneun protoneun protoneun protone

HCl(aqHCl(aqHCl(aqHCl(aq) + H) + H) + H) + H2222O(l) O(l) O(l) O(l) →→→→ HHHH3333OOOO++++(aq) + (aq) + (aq) + (aq) + ClClClCl----(aq(aq(aq(aq) ) ) )

Secondo questa teoria la ionizzazione di HCl in acqua è vista come il trasferimento di un protone da HCl ad H2O:

acidoacidoacidoacidoacidoacidoacidoacido basebasebasebasebasebasebasebase

NHNHNHNH3333(aq) + H(aq) + H(aq) + H(aq) + H2222O(l) O(l) O(l) O(l) NHNHNHNH4444++++(aq) + OH(aq) + OH(aq) + OH(aq) + OH----((((aqaqaqaq) ) ) )

Analogamente una base posta in acqua accetta un protone dall’acqua liberando ioni OH-.

acidoacidoacidoacidoacidoacidoacidoacidobasebasebasebasebasebasebasebase

NH3 accetta un protone dall’acqua ed è quindi una base mentre H2O cede il protone ed è un acido.

Nella reazione inversa NH4+ cede il protone ad OH- ed è quindi un

acido mentre OH- è una base perché accetta il protone.

acidoacidoacidoacidoacidoacidoacidoacido basebasebasebasebasebasebasebase

NH3(aq) + H2O(l) NH4+(aq) + OH-(aq)

Una reazione acidoUna reazione acidoUna reazione acidoUna reazione acido----base base base base èèèè quindi caratterizzata da quindi caratterizzata da quindi caratterizzata da quindi caratterizzata da duedueduedue coppie coppie coppie coppie coniugate acidoconiugate acidoconiugate acidoconiugate acido----basebasebasebase::::

acidoacidobasebase acidoacido basebase

1a coppia

2a coppia

HNOHNO22((aqaq) + H) + H22O(O(ll) ) ⇄⇄⇄⇄⇄⇄⇄⇄ NONO22--((aqaq) + H) + H33OO++((aqaq))

acido 1 base 1acido 1 base 1 acido 2base 2 acido 2base 2

acido nitroso ione nitrito ione idrossonioacido nitroso ione nitrito ione idrossonio

NHNH33((aqaq) + H) + H22O(O(ll) ) ⇄⇄⇄⇄⇄⇄⇄⇄ NHNH44++((aqaq) + OH) + OH--((aqaq))

ammoniaca

base 1 base 2acido 2 acido 1

ione ammonio ione ossidrile

La teoria di La teoria di La teoria di La teoria di BrBrBrBrøøøønstednstednstednsted e e e e LowryLowryLowryLowry èèèè pipipipiùùùù generale della teoria di generale della teoria di generale della teoria di generale della teoria di ArrheniusArrheniusArrheniusArrhenius. In . In . In . In particolare:particolare:particolare:particolare:

- Una base Una base Una base Una base èèèè una sostanza che accetta protoni (OHuna sostanza che accetta protoni (OHuna sostanza che accetta protoni (OHuna sostanza che accetta protoni (OH----, che secondo , che secondo , che secondo , che secondo ArrheniusArrheniusArrheniusArrhenius una sostanza deve necessariamente possedere per essere una una sostanza deve necessariamente possedere per essere una una sostanza deve necessariamente possedere per essere una una sostanza deve necessariamente possedere per essere una base, base, base, base, èèèè solo un esempio di base)solo un esempio di base)solo un esempio di base)solo un esempio di base)

- Acidi e basi possono essere sia sostanze molecolari sia ioniAcidi e basi possono essere sia sostanze molecolari sia ioniAcidi e basi possono essere sia sostanze molecolari sia ioniAcidi e basi possono essere sia sostanze molecolari sia ioni

- Possiamo avere solventi diversi dallPossiamo avere solventi diversi dallPossiamo avere solventi diversi dallPossiamo avere solventi diversi dall’’’’acquaacquaacquaacqua

- Alcune sostanze possono agire da acido o da base a seconda dellAlcune sostanze possono agire da acido o da base a seconda dellAlcune sostanze possono agire da acido o da base a seconda dellAlcune sostanze possono agire da acido o da base a seconda della a a a specie con cui reagiscono specie con cui reagiscono specie con cui reagiscono specie con cui reagiscono

Una specie può comportarsi da acido o da base a seconda della sUna specie può comportarsi da acido o da base a seconda della sUna specie può comportarsi da acido o da base a seconda della sUna specie può comportarsi da acido o da base a seconda della specie pecie pecie pecie con cui viene fatta reagire.con cui viene fatta reagire.con cui viene fatta reagire.con cui viene fatta reagire.

Ad esempio HAd esempio HAd esempio HAd esempio H2222O si comporta da base con O si comporta da base con O si comporta da base con O si comporta da base con HClHClHClHCl (accetta un protone (accetta un protone (accetta un protone (accetta un protone formando Hformando Hformando Hformando H3333OOOO++++), ma si comporta da acido con NH), ma si comporta da acido con NH), ma si comporta da acido con NH), ma si comporta da acido con NH3333 (cede il protone (cede il protone (cede il protone (cede il protone formando Hformando Hformando Hformando H3333OOOO++++).).).).Tali specie si chiamano ANFOTERI.Tali specie si chiamano ANFOTERI.Tali specie si chiamano ANFOTERI.Tali specie si chiamano ANFOTERI.

X — O — H

�Se X è più elettronegativo di H il composto ha comportamento acido

XO- + H+ X=Cl ClO- + H+

�Se X è meno elettronegativo di H il composto ha comportamento basico

X+ + OH- X=K OH- + K+

�Se X ha elettronegatività paragonabile ad H il composto ha comportamento anfotero

X=H H2OX=Zn, Al Zn(OH)2

La forza relativa di un acido (o di una base) può essere consideLa forza relativa di un acido (o di una base) può essere consideLa forza relativa di un acido (o di una base) può essere consideLa forza relativa di un acido (o di una base) può essere considerata in funzione rata in funzione rata in funzione rata in funzione della loro tendenza a perdere (accettare) un protone. Gli acidi della loro tendenza a perdere (accettare) un protone. Gli acidi della loro tendenza a perdere (accettare) un protone. Gli acidi della loro tendenza a perdere (accettare) un protone. Gli acidi pipipipiùùùù forti sono forti sono forti sono forti sono quelli che perdono piquelli che perdono piquelli che perdono piquelli che perdono piùùùù facilmente i loro protoni. Analogamente le basi pifacilmente i loro protoni. Analogamente le basi pifacilmente i loro protoni. Analogamente le basi pifacilmente i loro protoni. Analogamente le basi piùùùù forti forti forti forti sono quelle che accettano un protone pisono quelle che accettano un protone pisono quelle che accettano un protone pisono quelle che accettano un protone piùùùù facilmente.facilmente.facilmente.facilmente.

Un Un Un Un acido forteacido forteacido forteacido forteacido forteacido forteacido forteacido forte èèèè una sostanza che in acqua una sostanza che in acqua una sostanza che in acqua una sostanza che in acqua èèèè completamente completamente completamente completamente ionizzatatoionizzatatoionizzatatoionizzatato::::

HCl(aq) + H2O(l) →→→→ H3O+(aq) + Cl-(aq)

La reazione inversa La reazione inversa La reazione inversa La reazione inversa èèèè trascurabile.trascurabile.trascurabile.trascurabile.In essa lo ione ClIn essa lo ione ClIn essa lo ione ClIn essa lo ione Cl---- agisce come base accettando un protone dallagisce come base accettando un protone dallagisce come base accettando un protone dallagisce come base accettando un protone dall’’’’acido H3O+, acido H3O+, acido H3O+, acido H3O+, ma ma ma ma èèèè una base estremamente debole.una base estremamente debole.una base estremamente debole.una base estremamente debole.

Forza relativa di acidi e basiForza relativa di acidi e basiForza relativa di acidi e basiForza relativa di acidi e basiForza relativa di acidi e basiForza relativa di acidi e basiForza relativa di acidi e basiForza relativa di acidi e basi

acidoacido basebase acidoacido basebase

Questa reazione si può considerare anche in funzione della forzaQuesta reazione si può considerare anche in funzione della forzaQuesta reazione si può considerare anche in funzione della forzaQuesta reazione si può considerare anche in funzione della forzarelativa tra relativa tra relativa tra relativa tra HClHClHClHCl e He He He H3333OOOO++++. . . . HClHClHClHCl perde il protone piperde il protone piperde il protone piperde il protone piùùùù facilmente di Hfacilmente di Hfacilmente di Hfacilmente di H3333OOOO++++ ed ed ed ed èèèè quindi un acido piquindi un acido piquindi un acido piquindi un acido piùùùù forte e la reazione forte e la reazione forte e la reazione forte e la reazione èèèè spostata verso destra. spostata verso destra. spostata verso destra. spostata verso destra.

Se consideriamo la dissociazione di due acidi deboli:Se consideriamo la dissociazione di due acidi deboli:Se consideriamo la dissociazione di due acidi deboli:Se consideriamo la dissociazione di due acidi deboli:

CHCHCHCH3333COOH(aq) +HCOOH(aq) +HCOOH(aq) +HCOOH(aq) +H2222O(l) O(l) O(l) O(l) HHHH3333OOOO++++(aq) + CH(aq) + CH(aq) + CH(aq) + CH3333COOCOOCOOCOO----(aq) (aq) (aq) (aq)

Sperimentalmente si vede che Sperimentalmente si vede che Sperimentalmente si vede che Sperimentalmente si vede che llll’’’’1% delle molecole di CH1% delle molecole di CH1% delle molecole di CH1% delle molecole di CH3333COOH sono ionizzateCOOH sono ionizzateCOOH sono ionizzateCOOH sono ionizzateIl 3% delle molecole di HF sono ionizzateIl 3% delle molecole di HF sono ionizzateIl 3% delle molecole di HF sono ionizzateIl 3% delle molecole di HF sono ionizzate

HHHH3333OOOO++++ èèèè un acido piun acido piun acido piun acido piùùùù forte di CHforte di CHforte di CHforte di CH3333COOH ed HF. LCOOH ed HF. LCOOH ed HF. LCOOH ed HF. L’’’’equilibrio equilibrio equilibrio equilibrio èèèè spostato spostato spostato spostato verso sinistra. verso sinistra. verso sinistra. verso sinistra.

acidoacidoacidoacidoacidoacidoacidoacidoacidoacidoacidoacidoacidoacidoacidoacidopipipipipipipipiùùùùùùùù fortefortefortefortefortefortefortefortepipipipipipipipiùùùùùùùù deboledeboledeboledeboledeboledeboledeboledebole

PoichPoichPoichPoichèèèè llll’’’’equilibrio equilibrio equilibrio equilibrio èèèè spostato verso sinistra questo vuol dire CHspostato verso sinistra questo vuol dire CHspostato verso sinistra questo vuol dire CHspostato verso sinistra questo vuol dire CH3333COOCOOCOOCOO---- e Fe Fe Fe F----sono basi deboli ma sicuramente pisono basi deboli ma sicuramente pisono basi deboli ma sicuramente pisono basi deboli ma sicuramente piùùùù forti di Hforti di Hforti di Hforti di H2222O.O.O.O.

HF(aqHF(aqHF(aqHF(aq) +H) +H) +H) +H2222O(l) O(l) O(l) O(l) HHHH3333OOOO++++(aq) + F(aq) + F(aq) + F(aq) + F----((((aqaqaqaq) ) ) )

acidoacidoacidoacidoacidoacidoacidoacidoacidoacidoacidoacidoacidoacidoacidoacido

pipipipipipipipiùùùùùùùù fortefortefortefortefortefortefortefortepipipipipipipipiùùùùùùùù deboledeboledeboledeboledeboledeboledeboledebole

In base ai dati precedenti possiamo stabilire la seguente scala In base ai dati precedenti possiamo stabilire la seguente scala In base ai dati precedenti possiamo stabilire la seguente scala In base ai dati precedenti possiamo stabilire la seguente scala di aciditdi aciditdi aciditdi aciditàààà::::

HClHClHClHCl>H>H>H>H3333OOOO++++>HF>CH>HF>CH>HF>CH>HF>CH3333COOHCOOHCOOHCOOH

Le forze relative di acidi e basi sono quindi riportate in tabelLe forze relative di acidi e basi sono quindi riportate in tabelLe forze relative di acidi e basi sono quindi riportate in tabelLe forze relative di acidi e basi sono quindi riportate in tabelle le le le

EEEE’’’’ da notare che HNOda notare che HNOda notare che HNOda notare che HNO3333,H,H,H,H2222SOSOSOSO4444,,,,HClHClHClHCl, , , , HBrHBrHBrHBr, HI e HClO, HI e HClO, HI e HClO, HI e HClO4444 sono tutti acidi forti sono tutti acidi forti sono tutti acidi forti sono tutti acidi forti (=completamente dissociati in acqua). La loro forza relativa va (=completamente dissociati in acqua). La loro forza relativa va (=completamente dissociati in acqua). La loro forza relativa va (=completamente dissociati in acqua). La loro forza relativa va stabilita stabilita stabilita stabilita confrontandoli con un solvente meno basico dellconfrontandoli con un solvente meno basico dellconfrontandoli con un solvente meno basico dellconfrontandoli con un solvente meno basico dell’’’’acqua (come, ad acqua (come, ad acqua (come, ad acqua (come, ad esempio, un acido debole, come lesempio, un acido debole, come lesempio, un acido debole, come lesempio, un acido debole, come l’’’’acido acetico).acido acetico).acido acetico).acido acetico).PoichPoichPoichPoichéééé per gli acidi forti la forza in acqua sembra essere la stessa sper gli acidi forti la forza in acqua sembra essere la stessa sper gli acidi forti la forza in acqua sembra essere la stessa sper gli acidi forti la forza in acqua sembra essere la stessa si i i i parla di effetto livellante dellparla di effetto livellante dellparla di effetto livellante dellparla di effetto livellante dell’’’’acqua sugli acidi forti. acqua sugli acidi forti. acqua sugli acidi forti. acqua sugli acidi forti.

EEEE’’’’ possibile correlare la forza relativa di una serie di acidi conpossibile correlare la forza relativa di una serie di acidi conpossibile correlare la forza relativa di una serie di acidi conpossibile correlare la forza relativa di una serie di acidi con la la la la loro struttura molecolare.loro struttura molecolare.loro struttura molecolare.loro struttura molecolare.La forza di un acido dipende dalla facilitLa forza di un acido dipende dalla facilitLa forza di un acido dipende dalla facilitLa forza di un acido dipende dalla facilitàààà con cui il protone Hcon cui il protone Hcon cui il protone Hcon cui il protone H++++ èèèèrimosso dal legame Xrimosso dal legame Xrimosso dal legame Xrimosso dal legame X––––H nella specie acida.H nella specie acida.H nella specie acida.H nella specie acida.

I fattori che determinano le forze relative degli acidi sono I fattori che determinano le forze relative degli acidi sono I fattori che determinano le forze relative degli acidi sono I fattori che determinano le forze relative degli acidi sono principalmente due:principalmente due:principalmente due:principalmente due:

- La polaritLa polaritLa polaritLa polaritàààà del legame Xdel legame Xdel legame Xdel legame X––––H: H: H: H:

XXXX HHHH

PiPiPiPiùùùù il legame il legame il legame il legame èèèè polarizzato (con la carica positiva sullpolarizzato (con la carica positiva sullpolarizzato (con la carica positiva sullpolarizzato (con la carica positiva sull’’’’idrogeno) idrogeno) idrogeno) idrogeno) maggiore maggiore maggiore maggiore èèèè la polaritla polaritla polaritla polaritàààà del legame e maggiore ldel legame e maggiore ldel legame e maggiore ldel legame e maggiore l’’’’aciditaciditaciditaciditàààà....

- La forza del legame XLa forza del legame XLa forza del legame XLa forza del legame X––––H H H H con cui il protone con cui il protone con cui il protone con cui il protone èèèè legato ad X che a legato ad X che a legato ad X che a legato ad X che a sua volta dipende dalle dimensioni dellsua volta dipende dalle dimensioni dellsua volta dipende dalle dimensioni dellsua volta dipende dalle dimensioni dell’’’’atomo X: piatomo X: piatomo X: piatomo X: piùùùù grande grande grande grande èèèèllll’’’’atomo piatomo piatomo piatomo piùùùù debole debole debole debole èèèè il legame e quindi maggiore il legame e quindi maggiore il legame e quindi maggiore il legame e quindi maggiore èèèè llll’’’’aciditaciditaciditaciditàààà....

Fattori strutturali e forza degli acidiFattori strutturali e forza degli acidiFattori strutturali e forza degli acidiFattori strutturali e forza degli acidiFattori strutturali e forza degli acidiFattori strutturali e forza degli acidiFattori strutturali e forza degli acidiFattori strutturali e forza degli acidi

δδδδ+δδδδ- δδδδ+δδδδ-

Per esempio per gli elementi del gruppo VII A abbiamo Per esempio per gli elementi del gruppo VII A abbiamo Per esempio per gli elementi del gruppo VII A abbiamo Per esempio per gli elementi del gruppo VII A abbiamo

HF<HF<HF<HF<HClHClHClHCl<<<<HBrHBrHBrHBr<HI<HI<HI<HI

LLLL’’’’elettronegativitelettronegativitelettronegativitelettronegativitàààà degli elementi X diminuisce lungo il gruppo e quindi la degli elementi X diminuisce lungo il gruppo e quindi la degli elementi X diminuisce lungo il gruppo e quindi la degli elementi X diminuisce lungo il gruppo e quindi la polaritpolaritpolaritpolaritàààà di Hdi Hdi Hdi H----X aumenta.X aumenta.X aumenta.X aumenta.Aumentano però anche le dimensioni di X ed Aumentano però anche le dimensioni di X ed Aumentano però anche le dimensioni di X ed Aumentano però anche le dimensioni di X ed èèèè questo secondo fattore a questo secondo fattore a questo secondo fattore a questo secondo fattore a prevalere.prevalere.prevalere.prevalere.Questo vale anche per gli idracidi formati dagli elementi del VIQuesto vale anche per gli idracidi formati dagli elementi del VIQuesto vale anche per gli idracidi formati dagli elementi del VIQuesto vale anche per gli idracidi formati dagli elementi del VI e V e V e V e V gruppo.gruppo.gruppo.gruppo.

Andando invece da sinistra a destra lungo un periodo lAndando invece da sinistra a destra lungo un periodo lAndando invece da sinistra a destra lungo un periodo lAndando invece da sinistra a destra lungo un periodo l’’’’elettronegativitelettronegativitelettronegativitelettronegativitààààaumenta mentre le dimensioni diminuiscono, aumenta mentre le dimensioni diminuiscono, aumenta mentre le dimensioni diminuiscono, aumenta mentre le dimensioni diminuiscono, benchbenchbenchbenchèèèè di poco. In questo di poco. In questo di poco. In questo di poco. In questo caso caso caso caso èèèè il fattore polaritil fattore polaritil fattore polaritil fattore polaritàààà a prevalere e la prevalere e la prevalere e la prevalere e l’’’’aciditaciditaciditaciditàààà degli idracidi degli idracidi degli idracidi degli idracidi HHHHnnnnXXXX aumenta aumenta aumenta aumenta da sinistra a destra lungo un periodo:da sinistra a destra lungo un periodo:da sinistra a destra lungo un periodo:da sinistra a destra lungo un periodo:

NHNHNHNH3333(base)<H(base)<H(base)<H(base)<H2222O<HFO<HFO<HFO<HF

Gli ossiacidi hanno una struttura del tipo:Gli ossiacidi hanno una struttura del tipo:Gli ossiacidi hanno una struttura del tipo:Gli ossiacidi hanno una struttura del tipo:HHHH––––OOOO––––YYYY––––

in cui lin cui lin cui lin cui l’’’’atomo Y atomo Y atomo Y atomo Y èèèè spesso legato ad altri atomi di ossigeno o gruppi OH, spesso legato ad altri atomi di ossigeno o gruppi OH, spesso legato ad altri atomi di ossigeno o gruppi OH, spesso legato ad altri atomi di ossigeno o gruppi OH, come, ad esempio HClOcome, ad esempio HClOcome, ad esempio HClOcome, ad esempio HClO4444 o Ho Ho Ho H2222SOSOSOSO4444....In questo caso In questo caso In questo caso In questo caso èèèè solo la polaritsolo la polaritsolo la polaritsolo la polaritàààà del legame Odel legame Odel legame Odel legame O––––H a determinare lH a determinare lH a determinare lH a determinare l’’’’aciditaciditaciditaciditàààà e e e e questa aumenta con lquesta aumenta con lquesta aumenta con lquesta aumenta con l’’’’elettronegativitelettronegativitelettronegativitelettronegativitàààà di Y.di Y.di Y.di Y.Ad esempio:Ad esempio:Ad esempio:Ad esempio:

HIO<HIO<HIO<HIO<HBrOHBrOHBrOHBrO<<<<HClOHClOHClOHClO

Inoltre in una serie di ossiacidi dello stesso elemento Inoltre in una serie di ossiacidi dello stesso elemento Inoltre in una serie di ossiacidi dello stesso elemento Inoltre in una serie di ossiacidi dello stesso elemento llll’’’’aciditaciditaciditaciditàààà aumenta aumenta aumenta aumenta allallallall’’’’aumentare al numero di atomi di ossigeno legati allaumentare al numero di atomi di ossigeno legati allaumentare al numero di atomi di ossigeno legati allaumentare al numero di atomi di ossigeno legati all’’’’elemento stesso. elemento stesso. elemento stesso. elemento stesso.

HClOHClOHClOHClO<HClO<HClO<HClO<HClO2222<HClO<HClO<HClO<HClO3333<HClO<HClO<HClO<HClO4444

TeoriaTeoriaTeoriaTeoriaTeoriaTeoriaTeoriaTeoria di di di di di di di di LewisLewisLewisLewisLewisLewisLewisLewis

Nella teoria di Nella teoria di Nella teoria di Nella teoria di LewisLewisLewisLewis le reazioni acidole reazioni acidole reazioni acidole reazioni acido----base hanno come protagonista la base hanno come protagonista la base hanno come protagonista la base hanno come protagonista la messa in condivisione di una coppia di elettroni solitari. messa in condivisione di una coppia di elettroni solitari. messa in condivisione di una coppia di elettroni solitari. messa in condivisione di una coppia di elettroni solitari.

Un Un Un Un acido di acido di acido di acido di acido di acido di acido di acido di LewisLewisLewisLewisLewisLewisLewisLewis èèèè una specie che può formare un legame covalente una specie che può formare un legame covalente una specie che può formare un legame covalente una specie che può formare un legame covalente accettandoaccettandoaccettandoaccettando una coppia di elettroni da ununa coppia di elettroni da ununa coppia di elettroni da ununa coppia di elettroni da un’’’’altra specie.altra specie.altra specie.altra specie.

Una Una Una Una base di base di base di base di base di base di base di base di LewisLewisLewisLewisLewisLewisLewisLewis èèèè una specie che può formare un legame covalente una specie che può formare un legame covalente una specie che può formare un legame covalente una specie che può formare un legame covalente donandodonandodonandodonando una coppia di elettroni ad ununa coppia di elettroni ad ununa coppia di elettroni ad ununa coppia di elettroni ad un’’’’altra specie.altra specie.altra specie.altra specie.

AccettoreAccettoreAccettoreAccettoredi una di una di una di una coppia di coppia di coppia di coppia di elettronielettronielettronielettroni

:N:H:N:H:N:H:N:H

H H H H

HHHH

:::::: ::

HHHH++++ ++++ ���� HHHH----NNNN----HHHH

H H H H

HHHH

-- ---- --

++++

:N:H:N:H:N:H:N:H

H H H H

HHHH

:::::: ::

:N:H:N:H:N:H:N:H

H H H H

HHHH

:::::: ::

HHHH++++ ++++ ���� HHHH----NNNN----HHHH

H H H H

HHHH

-- ---- --HHHH----NNNN----HHHH

H H H H

HHHH

-- ---- --

++++

Donatore Donatore Donatore Donatore di una di una di una di una coppia di coppia di coppia di coppia di elettronielettronielettronielettroni

Tipici acidi di Tipici acidi di Tipici acidi di Tipici acidi di LewisLewisLewisLewis sono ioni metallici con almeno un orbitale vuoto a sono ioni metallici con almeno un orbitale vuoto a sono ioni metallici con almeno un orbitale vuoto a sono ioni metallici con almeno un orbitale vuoto a bassa energia, come bassa energia, come bassa energia, come bassa energia, come AgAgAgAg++++, Al, Al, Al, Al3+3+3+3+, ecc, ecc, ecc, ecc

Tipiche basi di Tipiche basi di Tipiche basi di Tipiche basi di LewisLewisLewisLewis sono specie con un sono specie con un sono specie con un sono specie con un doppiettodoppiettodoppiettodoppietto elettronico elettronico elettronico elettronico disponibile come NHdisponibile come NHdisponibile come NHdisponibile come NH3333, H, H, H, H2222O, OO, OO, OO, O2222----, ecc, ecc, ecc, ecc

EQUILIBRI ACIDOEQUILIBRI ACIDOEQUILIBRI ACIDOEQUILIBRI ACIDOEQUILIBRI ACIDOEQUILIBRI ACIDOEQUILIBRI ACIDOEQUILIBRI ACIDO--------BASEBASEBASEBASEBASEBASEBASEBASE

La teoria di La teoria di La teoria di La teoria di BrBrBrBrøøøønstednstednstednsted----LowryLowryLowryLowry considera che le reazioni acidoconsidera che le reazioni acidoconsidera che le reazioni acidoconsidera che le reazioni acido----base base base base possono avvenire in un solvente qualunque.possono avvenire in un solvente qualunque.possono avvenire in un solvente qualunque.possono avvenire in un solvente qualunque.Nel trattare questo argomenti ci interesseremo degli equilibri aNel trattare questo argomenti ci interesseremo degli equilibri aNel trattare questo argomenti ci interesseremo degli equilibri aNel trattare questo argomenti ci interesseremo degli equilibri acidocidocidocido----base base base base che hanno luogo in acqua.che hanno luogo in acqua.che hanno luogo in acqua.che hanno luogo in acqua.

Nella descrizione di questi equilibri lNella descrizione di questi equilibri lNella descrizione di questi equilibri lNella descrizione di questi equilibri l’’’’acqua riveste un ruolo particolare in acqua riveste un ruolo particolare in acqua riveste un ruolo particolare in acqua riveste un ruolo particolare in quanto partecipa alla reazione non solo come solvente ma anche cquanto partecipa alla reazione non solo come solvente ma anche cquanto partecipa alla reazione non solo come solvente ma anche cquanto partecipa alla reazione non solo come solvente ma anche come ome ome ome reagente. Per questo motivo prima di prendere in considerazione reagente. Per questo motivo prima di prendere in considerazione reagente. Per questo motivo prima di prendere in considerazione reagente. Per questo motivo prima di prendere in considerazione la la la la ionizzazione di acidi o basi in acqua analizziamo cosa accade inionizzazione di acidi o basi in acqua analizziamo cosa accade inionizzazione di acidi o basi in acqua analizziamo cosa accade inionizzazione di acidi o basi in acqua analizziamo cosa accade in acqua acqua acqua acqua pura. pura. pura. pura.

H2O(l) + H2O(l) H3O+(aq) + OH-(aq)

In pratica una molecola di acqua agisce da acido (cede un protonIn pratica una molecola di acqua agisce da acido (cede un protonIn pratica una molecola di acqua agisce da acido (cede un protonIn pratica una molecola di acqua agisce da acido (cede un protone) e e) e e) e e) e llll’’’’altra agisce da base (accetta un protone). Questo altra agisce da base (accetta un protone). Questo altra agisce da base (accetta un protone). Questo altra agisce da base (accetta un protone). Questo èèèè dovuto alla natura dovuto alla natura dovuto alla natura dovuto alla natura anfotera dellanfotera dellanfotera dellanfotera dell’’’’acqua.acqua.acqua.acqua.

Il processo avviene in piccolissima parte ed Il processo avviene in piccolissima parte ed Il processo avviene in piccolissima parte ed Il processo avviene in piccolissima parte ed èèèè infatti caratterizzato da un infatti caratterizzato da un infatti caratterizzato da un infatti caratterizzato da un valore della costante di equilibrio a 25valore della costante di equilibrio a 25valore della costante di equilibrio a 25valore della costante di equilibrio a 25°C molto piccolo ma sufficiente a C molto piccolo ma sufficiente a C molto piccolo ma sufficiente a C molto piccolo ma sufficiente a rendere lrendere lrendere lrendere l’’’’acqua conduttrice di elettricitacqua conduttrice di elettricitacqua conduttrice di elettricitacqua conduttrice di elettricitàààà....

AutoionizzazioneAutoionizzazioneAutoionizzazioneAutoionizzazioneAutoionizzazioneAutoionizzazioneAutoionizzazioneAutoionizzazione delldelldelldelldelldelldelldell’’’’’’’’acquaacquaacquaacquaacquaacquaacquaacqua

MisureMisureMisureMisure didididi conducibilitconducibilitconducibilitconducibilitàààà elettricaelettricaelettricaelettrica mostranomostranomostranomostrano chechecheche llll’’’’acquaacquaacquaacqua, , , , benchbenchbenchbenchèèèè in in in in misuramisuramisuramisuraestremamenteestremamenteestremamenteestremamente ridottaridottaridottaridotta, conduce , conduce , conduce , conduce llll’’’’elettricitelettricitelettricitelettricitàààà....CiòCiòCiòCiò significasignificasignificasignifica chechecheche, , , , ancheancheancheanche se in se in se in se in piccolissimapiccolissimapiccolissimapiccolissima parteparteparteparte, , , , llll’’’’acquaacquaacquaacqua sisisisi ionizzaionizzaionizzaionizza....

Il Il Il Il processoprocessoprocessoprocesso con cui con cui con cui con cui llll’’’’acquaacquaacquaacqua sisisisi ionizzaionizzaionizzaionizza èèèè dettodettodettodetto autoionizzazioneautoionizzazioneautoionizzazioneautoionizzazione, , , , poichpoichpoichpoichèèèèdue due due due molecolemolecolemolecolemolecole didididi acquaacquaacquaacqua identicheidenticheidenticheidentiche reagisconoreagisconoreagisconoreagiscono per dare per dare per dare per dare ioniioniioniioni::::

2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H22222222O(O(O(O(O(O(O(O(llllllll) ) ) ) ) ) ) ) ⇄⇄⇄⇄⇄⇄⇄⇄ HHHHHHHH33333333OOOOOOOO++++++++((((((((aqaqaqaqaqaqaqaq) + OH) + OH) + OH) + OH) + OH) + OH) + OH) + OH--------((((((((aqaqaqaqaqaqaqaq) ) ) ) ) ) ) )

A 25A 25°°C si ha C si ha KKww = 10= 10--1414]OH[]OH[ 3w−+= K

PoichPoichPoichPoichéééé in acqua pura le concentrazioni di ioni in acqua pura le concentrazioni di ioni in acqua pura le concentrazioni di ioni in acqua pura le concentrazioni di ioni HHHH3333OOOO++++ (o H(o H(o H(o H++++ ) e ) e ) e ) e didididi ioniioniioniioni OHOHOHOH----

devono essere uguali, ponendo devono essere uguali, ponendo devono essere uguali, ponendo devono essere uguali, ponendo x=[Hx=[Hx=[Hx=[H++++]=[OH]=[OH]=[OH]=[OH----]]]] nellnellnellnell’’’’equazione equazione equazione equazione precedente otteniamo:precedente otteniamo:precedente otteniamo:precedente otteniamo:

KKKKwwww====[H[H[H[H3333OOOO++++][OH][OH][OH][OH----]=x]=x]=x]=x2222=10=10=10=10----14141414

Da cui:Da cui:Da cui:Da cui: xxxx2222=10=10=10=10----14141414 x=10x=10x=10x=10----7777

[[[[HHHH3333OOOO++++]=[OH]=[OH]=[OH]=[OH----]=10]=10]=10]=10----7 7 7 7 MMMM

Acidi e basi fortiAcidi e basi fortiAcidi e basi fortiAcidi e basi fortiAcidi e basi fortiAcidi e basi fortiAcidi e basi fortiAcidi e basi forti

Abbiamo visto che un Abbiamo visto che un Abbiamo visto che un Abbiamo visto che un acido forteacido forteacido forteacido forte èèèè caratterizzato dal fatto che in caratterizzato dal fatto che in caratterizzato dal fatto che in caratterizzato dal fatto che in soluzione acquosa esso cede completamente il protone allsoluzione acquosa esso cede completamente il protone allsoluzione acquosa esso cede completamente il protone allsoluzione acquosa esso cede completamente il protone all’’’’acqua, cioacqua, cioacqua, cioacqua, cioèèèè::::

HCl(aq) +H2O(l) →→→→ H3O+(aq) + Cl-(aq)

Consideriamo ad esempio una soluzione 0,10 M di Consideriamo ad esempio una soluzione 0,10 M di Consideriamo ad esempio una soluzione 0,10 M di Consideriamo ad esempio una soluzione 0,10 M di HClHClHClHCl. Poich. Poich. Poich. Poichéééé HClHClHClHClsi dissocia completamente avremo: si dissocia completamente avremo: si dissocia completamente avremo: si dissocia completamente avremo:

[[[[HHHH3333OOOO++++]=0,10]=0,10]=0,10]=0,10 MMMM

A rigore dovremmo considerare anche il contributo alla concentrazione di H+

dovuto all’autoionizzazione dell’acqua.Questo contributo è però pari a 10-7 M e può quindi essere tranquillamente trascurato quando la concentrazione dell’acido forte è ≥ 10-6

Per soluzioni molto diluite gli ioni H+ provenienti dall’autoionizzazione dell’acqua non sono più trascurabili.

L’autoionizzazione dell’acqua è comunque sempre presente ed è l’unica responsabile della presenza di ioni OH- in soluzione, la cui concentrazione può essere calcolata dall’espressione per la costante del prodotto ionico dell’acqua.

Infatti dallInfatti dallInfatti dallInfatti dall’’’’espressione:espressione:espressione:espressione:

Kw=Kw=Kw=Kw=[H[H[H[H3333OOOO++++][OH][OH][OH][OH----]]]]

sapendo che [Hsapendo che [Hsapendo che [Hsapendo che [H3333OOOO++++]=0,10 M si può ricavare [OH]=0,10 M si può ricavare [OH]=0,10 M si può ricavare [OH]=0,10 M si può ricavare [OH----]. Infatti:]. Infatti:]. Infatti:]. Infatti:

10101010----14141414=0,1=0,1=0,1=0,1����[OH[OH[OH[OH----]]]]

M 100,1

10][OH 13

14- −

−

==

Tipici acidi forti sono: Tipici acidi forti sono: Tipici acidi forti sono: Tipici acidi forti sono:

HClHClHClHCl acido cloridrico acido cloridrico acido cloridrico acido cloridrico HHHH2222SOSOSOSO4444 acido solforicoacido solforicoacido solforicoacido solforicoHBrHBrHBrHBr acido bromidrico acido bromidrico acido bromidrico acido bromidrico HHHH2222NONONONO3333 acido nitricoacido nitricoacido nitricoacido nitricoHI HI HI HI acido acido acido acido iodidricoiodidricoiodidricoiodidrico HClOHClOHClOHClO4444 acido percloricoacido percloricoacido percloricoacido perclorico

Una base forte Una base forte Una base forte Una base forte èèèè caratterizzato dal fatto che in soluzione acquosa si caratterizzato dal fatto che in soluzione acquosa si caratterizzato dal fatto che in soluzione acquosa si caratterizzato dal fatto che in soluzione acquosa si dissocia completamente in ioni OHdissocia completamente in ioni OHdissocia completamente in ioni OHdissocia completamente in ioni OH---- ciociociocioèèèè::::

NaOH(aq) →→→→ Na+(aq) + OH-(aq) H2O

Consideriamo ad esempio una soluzione 0,10 M di Consideriamo ad esempio una soluzione 0,10 M di Consideriamo ad esempio una soluzione 0,10 M di Consideriamo ad esempio una soluzione 0,10 M di NaOHNaOHNaOHNaOH. Poich. Poich. Poich. Poichéééé NaOHNaOHNaOHNaOHsi dissocia completamente avremo: si dissocia completamente avremo: si dissocia completamente avremo: si dissocia completamente avremo:

[OH[OH[OH[OH----]=0,10]=0,10]=0,10]=0,10 MMMM

Il contributo dellIl contributo dellIl contributo dellIl contributo dell’’’’autoionizzazioneautoionizzazioneautoionizzazioneautoionizzazione delldelldelldell’’’’acqua acqua acqua acqua èèèè ancora trascurabile (<10ancora trascurabile (<10ancora trascurabile (<10ancora trascurabile (<10----7777

molmolmolmol/L) per quanto riguarda la concentrazione di OH/L) per quanto riguarda la concentrazione di OH/L) per quanto riguarda la concentrazione di OH/L) per quanto riguarda la concentrazione di OH----; ; ; ; èèèè però lperò lperò lperò l’’’’unica unica unica unica fonte di ioni Hfonte di ioni Hfonte di ioni Hfonte di ioni H++++, la cui concentrazione si calcola quindi da:, la cui concentrazione si calcola quindi da:, la cui concentrazione si calcola quindi da:, la cui concentrazione si calcola quindi da:

Kw=Kw=Kw=Kw=[[[[HHHH3333OOOO++++][OH][OH][OH][OH----]]]] 10101010----14141414=[=[=[=[HHHH3333OOOO++++]]]]����0,10,10,10,1

M 100,1

10][H 13

14

3−−−−

−−−−++++ ========O

Tipiche basi forti sono gli idrossidi del gruppo IA e IIA: Tipiche basi forti sono gli idrossidi del gruppo IA e IIA: Tipiche basi forti sono gli idrossidi del gruppo IA e IIA: Tipiche basi forti sono gli idrossidi del gruppo IA e IIA:

LiOHLiOHLiOHLiOH idrossido di litio idrossido di litio idrossido di litio idrossido di litio CaCaCaCa(OH)(OH)(OH)(OH)2 2 2 2 idrossido di calcio idrossido di calcio idrossido di calcio idrossido di calcio NaOHNaOHNaOHNaOH idrossido di sodio idrossido di sodio idrossido di sodio idrossido di sodio BaBaBaBa(OH)(OH)(OH)(OH)2 2 2 2 idrossido di Bario idrossido di Bario idrossido di Bario idrossido di Bario

Una soluzione si definisce Una soluzione si definisce Una soluzione si definisce Una soluzione si definisce acida, basica o neutraacida, basica o neutraacida, basica o neutraacida, basica o neutra a a a a seconda che:seconda che:seconda che:seconda che:

[H[H[H[H3333OOOO++++]>1,0]>1,0]>1,0]>1,0××××10101010----7777 M soluzione acidaM soluzione acidaM soluzione acidaM soluzione acida

[H[H[H[H3333OOOO++++]=1,0]=1,0]=1,0]=1,0××××10101010----7777 M soluzione neutraM soluzione neutraM soluzione neutraM soluzione neutra

[H[H[H[H3333OOOO++++]<1,0]<1,0]<1,0]<1,0××××10101010----7777 M soluzione basicaM soluzione basicaM soluzione basicaM soluzione basica

2 H2 H22O(O(ll) ) ⇄⇄ HH33OO++((aqaq) + OH) + OH--((aqaq) )

)25(10][ ][K 143 CtOHOHw °°°°============ −−−−−−−−++++

Soluzione neutra: [HSoluzione neutra: [H33OO++] = [OH] = [OH--]]

Soluzione acida: [HSoluzione acida: [H33OO++] > [OH] > [OH--]]

Soluzione basica: [HSoluzione basica: [H33OO++] < [OH] < [OH--]]

soluzione acidasoluzione acida soluzione basicasoluzione basica

a 25a 25°°CC

100 10-2 10-4 10-610-1 10-3 10-5 10-7 10-8 10-10 10-12 10-1410-9 10-11 10-13

Kw

soluzionesoluzioneneutraneutra

[H[H33OO++] > [OH] > [OH--] ] [H[H33OO++] < [OH] < [OH--] ]

[H[H33OO++]]

[H[H33OO++] > ] > 1010--7 7 MM[OH[OH--]] < 10< 10--77 MM

[H[H33OO++] ] << 1010--7 7

MM[OH[OH--]] > 10> 10--77 MM

[H[H33OO++] ] = = [OH[OH--]] = 10= 10--7 7 MM

LaLaLaLaLaLaLaLa scala di scala di scala di scala di scala di scala di scala di scala di pHpHpHpHpHpHpHpH

Per Per Per Per evitareevitareevitareevitare didididi usareusareusareusare numerinumerinumerinumeri moltomoltomoltomolto piccolipiccolipiccolipiccoli risultarisultarisultarisulta pipipipiùùùù convenienteconvenienteconvenienteconvenienteesprimereesprimereesprimereesprimere la la la la concentrazioneconcentrazioneconcentrazioneconcentrazione didididi ioniioniioniioni HHHH+ + + + in termini in termini in termini in termini deideideidei logaritmilogaritmilogaritmilogaritmi, , , , questoquestoquestoquesto ddddàààà origineorigineorigineorigine allaallaallaalla scalascalascalascala didididi pH pH pH pH definitodefinitodefinitodefinito come:come:come:come:

pH=pH=pH=pH=pH=pH=pH=pH=--------log [log [log [log [log [log [log [log [HHHH3333OOOO++++]]]]]]]]

Ad Ad Ad Ad esempioesempioesempioesempio::::

[[[[HHHH3333OOOO++++]=0,1 M]=0,1 M]=0,1 M]=0,1 M pH= pH= pH= pH= ----log(0,1) =1,0log(0,1) =1,0log(0,1) =1,0log(0,1) =1,0

[[[[HHHH3333OOOO++++]= ]= ]= ]= 1,01,01,01,0××××10101010----3333 M M M M pH= pH= pH= pH= ----log(log(log(log(1,01,01,01,0××××10101010----3333) =3,0) =3,0) =3,0) =3,0

a 25a 25°°CC

0 2 4 61 3 5 7 8 10 12 149 11 13

soluzione acidasoluzione acida soluzione basicasoluzione basica

soluzionesoluzioneneutraneutra

pHpH < < pOHpOH pHpH > > pOHpOH

]OH[logpH 310+−= ]OH[logpOH 10

−−=

pHpH

pHpH < < 77pOHpOH > 7> 7

pHpH >> 77pOHpOH < 7< 7

pHpH = = pOHpOH = 7= 7

La definizione di aciditLa definizione di aciditLa definizione di aciditLa definizione di aciditàààà e basicite basicite basicite basicitàààà può essere può essere può essere può essere riformulata in termini di riformulata in termini di riformulata in termini di riformulata in termini di pHpHpHpH::::

pHpHpHpH<7<7<7<7 soluzione acidasoluzione acidasoluzione acidasoluzione acida

pH=7pH=7pH=7pH=7 soluzione neutrasoluzione neutrasoluzione neutrasoluzione neutra

pHpHpHpH>7>7>7>7 soluzione basicasoluzione basicasoluzione basicasoluzione basica

InfattiInfattiInfattiInfatti per per per per [[[[HHHH3333OOOO++++]=1,0]=1,0]=1,0]=1,0××××10101010----7777 MMMM sisisisi ha pH=7ha pH=7ha pH=7ha pH=7

SiSiSiSi notinotinotinoti chechecheche per per per per [[[[HHHH3333OOOO++++] > ] > ] > ] > 10101010----7777 sisisisi ha pH < 7ha pH < 7ha pH < 7ha pH < 7

SiSiSiSi puòpuòpuòpuò definiredefiniredefiniredefinire ancheancheancheanche ilililil pOHpOHpOHpOH come:come:come:come:

pOH=pOH=pOH=pOH=pOH=pOH=pOH=pOH=--------log [OHlog [OHlog [OHlog [OHlog [OHlog [OHlog [OHlog [OH--------]]]]]]]]

pH e pH e pH e pH e pOHpOHpOHpOH sonosonosonosono collegaticollegaticollegaticollegati frafrafrafra loroloroloroloro mediantemediantemediantemediante la la la la costantecostantecostantecostante didididiequilibrioequilibrioequilibrioequilibrio per per per per llll’’’’autoprotolisiautoprotolisiautoprotolisiautoprotolisi delldelldelldell’’’’acquaacquaacquaacqua::::

KwKwKwKw = [= [= [= [HHHH3333OOOO++++][OH][OH][OH][OH----] = 10] = 10] = 10] = 10----14141414

----log([Hlog([Hlog([Hlog([H3333OOOO++++][OH][OH][OH][OH----]) = ]) = ]) = ]) = ----log(10log(10log(10log(10----14141414))))

----log[Hlog[Hlog[Hlog[H3333OOOO++++] ] ] ] ----log[OHlog[OHlog[OHlog[OH----] = 14] = 14] = 14] = 14

pHpHpHpH +pOH=14+pOH=14+pOH=14+pOH=14

Ad Ad Ad Ad esempioesempioesempioesempio per per per per unaunaunauna soluzionesoluzionesoluzionesoluzione didididi HClHClHClHCl 0,01 M 0,01 M 0,01 M 0,01 M sisisisi ha:ha:ha:ha:

[[[[HHHH3333OOOO++++]=0,01 pH=]=0,01 pH=]=0,01 pH=]=0,01 pH=----log(0,01)=log(0,01)=log(0,01)=log(0,01)=----log(10log(10log(10log(10----2222)=2 )=2 )=2 )=2 pOHpOHpOHpOH=14=14=14=14----2=122=122=122=12

NotoNotoNotoNoto ilililil pH pH pH pH èèèè facilmentefacilmentefacilmentefacilmente possibilepossibilepossibilepossibile calcolarecalcolarecalcolarecalcolare [[[[HHHH3333OOOO++++]:]:]:]:

[[[[HHHH3333OOOO++++]]]]=antilog=antilog=antilog=antilog((((----pHpHpHpH)=10)=10)=10)=10----pHpHpHpH

Ad Ad Ad Ad esempioesempioesempioesempio unaunaunauna soluzionesoluzionesoluzionesoluzione con pH=3,2 con pH=3,2 con pH=3,2 con pH=3,2 avravravravràààà

[[[[HHHH3333OOOO++++]=10]=10]=10]=10----3,23,23,23,2=6,3=6,3=6,3=6,3××××10101010----4444

AnalogamenteAnalogamenteAnalogamenteAnalogamente per per per per ilililil pOHpOHpOHpOH

[OH[OH[OH[OH----]=antilog(]=antilog(]=antilog(]=antilog(----pOHpOHpOHpOH)=10)=10)=10)=10----pOHpOHpOHpOH

CalcoloCalcoloCalcoloCalcolo didididi [[[[HHHH3333OOOO++++] ] ] ] notonotonotonoto ilililil pH pH pH pH

A differenza degli acidi e delle basi forti,gli acidi e le basi A differenza degli acidi e delle basi forti,gli acidi e le basi A differenza degli acidi e delle basi forti,gli acidi e le basi A differenza degli acidi e delle basi forti,gli acidi e le basi deboli deboli deboli deboli sono sono solo parzialmente dissociati in soluzione acquosa e sono sono solo parzialmente dissociati in soluzione acquosa e sono sono solo parzialmente dissociati in soluzione acquosa e sono sono solo parzialmente dissociati in soluzione acquosa e stabiliscono un equilibrio.stabiliscono un equilibrio.stabiliscono un equilibrio.stabiliscono un equilibrio.

Un acido debole, indicato genericamente HA, in soluzione Un acido debole, indicato genericamente HA, in soluzione Un acido debole, indicato genericamente HA, in soluzione Un acido debole, indicato genericamente HA, in soluzione acquosa stabilisce il seguente equilibrio di ionizzazione:acquosa stabilisce il seguente equilibrio di ionizzazione:acquosa stabilisce il seguente equilibrio di ionizzazione:acquosa stabilisce il seguente equilibrio di ionizzazione:

Acidi e basi deboliAcidi e basi deboliAcidi e basi deboliAcidi e basi deboliAcidi e basi deboliAcidi e basi deboliAcidi e basi deboliAcidi e basi deboli

Acidi deboliAcidi deboliAcidi deboliAcidi deboliAcidi deboliAcidi deboliAcidi deboliAcidi deboli

HA (HA (HA (HA (aqaqaqaq) + H) + H) + H) + H2222O(l) HO(l) HO(l) HO(l) H3333OOOO++++(aq) + A(aq) + A(aq) + A(aq) + A----((((aqaqaqaq))))

per la quale si definisce una per la quale si definisce una per la quale si definisce una per la quale si definisce una costante di ionizzazione acidacostante di ionizzazione acidacostante di ionizzazione acidacostante di ionizzazione acida::::

[HA]][A ]O[H

K-

3a

+

=

in cui [Hin cui [Hin cui [Hin cui [H2222O] O] O] O] èèèè omesso perchomesso perchomesso perchomesso perchéééé costante.costante.costante.costante.

Ad ogni acido debole Ad ogni acido debole Ad ogni acido debole Ad ogni acido debole èèèè associato un valore caratteristico di associato un valore caratteristico di associato un valore caratteristico di associato un valore caratteristico di KKKKaaaa....Alcuni tipici acidi deboli sono:Alcuni tipici acidi deboli sono:Alcuni tipici acidi deboli sono:Alcuni tipici acidi deboli sono:

CHCHCHCH3333COOH acido aceticoCOOH acido aceticoCOOH acido aceticoCOOH acido aceticoHCN acido cianidricoHCN acido cianidricoHCN acido cianidricoHCN acido cianidricoHNOHNOHNOHNO2222 acido nitrosoacido nitrosoacido nitrosoacido nitrosoHHHH2222S acido solfidricoS acido solfidricoS acido solfidricoS acido solfidricoHF acido fluoridricoHF acido fluoridricoHF acido fluoridricoHF acido fluoridrico

HA(HA(HA(HA(aqaqaqaq) + H) + H) + H) + H2222O HO HO HO H3333OOOO+ + + + ((((aqaqaqaq) + A) + A) + A) + A----((((aqaqaqaq))))

C. iniziali 0,10 C. iniziali 0,10 C. iniziali 0,10 C. iniziali 0,10 ∼∼∼∼ 0 00 00 00 0

Variazioni Variazioni Variazioni Variazioni ----x +x x +x x +x x +x +x+x+x+x

C. Equilibrio 0,10C. Equilibrio 0,10C. Equilibrio 0,10C. Equilibrio 0,10----x x x x x x x x xxxx

Nota Nota Nota Nota KaKaKaKa e la concentrazione iniziale delle la concentrazione iniziale delle la concentrazione iniziale delle la concentrazione iniziale dell’’’’acido HA acido HA acido HA acido HA èèèè possibile calcolare possibile calcolare possibile calcolare possibile calcolare le concentrazioni allle concentrazioni allle concentrazioni allle concentrazioni all’’’’equilibrio di HA, Hequilibrio di HA, Hequilibrio di HA, Hequilibrio di HA, H3333OOOO++++ e Ae Ae Ae A---- utilizzando i metodi utilizzando i metodi utilizzando i metodi utilizzando i metodi generali visti per gli equilibri.generali visti per gli equilibri.generali visti per gli equilibri.generali visti per gli equilibri.

Esempio Esempio Esempio Esempio –––– Calcolare le concentrazioni di HA, HCalcolare le concentrazioni di HA, HCalcolare le concentrazioni di HA, HCalcolare le concentrazioni di HA, H++++ e Ae Ae Ae A---- e il e il e il e il pHpHpHpH di una di una di una di una soluzione di un acido debole con concentrazione 0.1 M e Ka=1,4soluzione di un acido debole con concentrazione 0.1 M e Ka=1,4soluzione di un acido debole con concentrazione 0.1 M e Ka=1,4soluzione di un acido debole con concentrazione 0.1 M e Ka=1,4××××10101010----5555

[HA]][A ]O[H

K-

3a

++++

====x-0,10

x101,4

25- =×

DallDallDallDall’’’’equazione della costante di equilibrio si ha:equazione della costante di equilibrio si ha:equazione della costante di equilibrio si ha:equazione della costante di equilibrio si ha:

Questa Questa Questa Questa èèèè unununun’’’’equazione di secondo grado da risolvere rispetto ad equazione di secondo grado da risolvere rispetto ad equazione di secondo grado da risolvere rispetto ad equazione di secondo grado da risolvere rispetto ad x.x.x.x.APPROSSIMAZIONE: APPROSSIMAZIONE: APPROSSIMAZIONE: APPROSSIMAZIONE: -Se Se Se Se KKKKaaaa èèèè molto piccola la reazione molto piccola la reazione molto piccola la reazione molto piccola la reazione èèèè molto poco spostata verso destramolto poco spostata verso destramolto poco spostata verso destramolto poco spostata verso destra-Se la concentrazione iniziale di acido Se la concentrazione iniziale di acido Se la concentrazione iniziale di acido Se la concentrazione iniziale di acido èèèè sufficientemente grandesufficientemente grandesufficientemente grandesufficientemente grande

allora x sarallora x sarallora x sarallora x saràààà molto piccolo e trascurabile rispetto alla concentrazione molto piccolo e trascurabile rispetto alla concentrazione molto piccolo e trascurabile rispetto alla concentrazione molto piccolo e trascurabile rispetto alla concentrazione iniziale:iniziale:iniziale:iniziale:

x<<0,10 x<<0,10 x<<0,10 x<<0,10 ⇒⇒⇒⇒ 0,100,100,100,10----x x x x ≈≈≈≈ 0,100,100,100,10

0,10x

101,42

5- =×

x2 = 1,4××××10-5 ×××× 0,10 = 1,4××××10-6

-3-6 101,2101,4x ×=×=

Verifichiamo lVerifichiamo lVerifichiamo lVerifichiamo l’’’’approssimazione fatta:approssimazione fatta:approssimazione fatta:approssimazione fatta:

x = 0,0012 << 0,10 0,10-x = 0,10 - 0,0012 = 0,0998 ≈≈≈≈ 0,10

x-0,10x

101,42

5- =×

Le concentrazioni allLe concentrazioni allLe concentrazioni allLe concentrazioni all’’’’equilibrio sono quindi:equilibrio sono quindi:equilibrio sono quindi:equilibrio sono quindi:

[[[[HHHH3333OOOO+ + + + ]]]] = x = 1,2= x = 1,2= x = 1,2= x = 1,2××××10101010----3 3 3 3 pHpHpHpH = = = = ----log(log(log(log(1,21,21,21,2××××10101010----3 3 3 3 )=2,92)=2,92)=2,92)=2,92

[A[A[A[A----]]]] = x = 1,2= x = 1,2= x = 1,2= x = 1,2××××10101010----3333

[HA][HA][HA][HA] = 0,10 = 0,10 = 0,10 = 0,10 ---- x = 0,0998 x = 0,0998 x = 0,0998 x = 0,0998 ≈≈≈≈ 0,100,100,100,10

In generale per un acido debole lIn generale per un acido debole lIn generale per un acido debole lIn generale per un acido debole l’’’’approssimazione x<<[HA]approssimazione x<<[HA]approssimazione x<<[HA]approssimazione x<<[HA]0000

che permette di evitare di risolvere lche permette di evitare di risolvere lche permette di evitare di risolvere lche permette di evitare di risolvere l’’’’equazione di secondo equazione di secondo equazione di secondo equazione di secondo grado vale se si ha:grado vale se si ha:grado vale se si ha:grado vale se si ha:

KKKKaaaa<<[HA]<<[HA]<<[HA]<<[HA]0000 almeno di un fattore 10almeno di un fattore 10almeno di un fattore 10almeno di un fattore 102222----101010103333

In questi casi la concentrazione di ioni In questi casi la concentrazione di ioni In questi casi la concentrazione di ioni In questi casi la concentrazione di ioni HHHH3333OOOO++++ può essere può essere può essere può essere calcolata direttamente con la formula:calcolata direttamente con la formula:calcolata direttamente con la formula:calcolata direttamente con la formula:

0a [HA]K][H ××××====++++

E quindi il E quindi il E quindi il E quindi il pHpHpHpH sarsarsarsaràààà::::

)[HA]Klog(21

[HA]Klog]log[ 0a0a3 ××××−−−−====××××−−−−====−−−−==== ++++OHpH

Una base debole, indicata genericamente B, in soluzione acquosaUna base debole, indicata genericamente B, in soluzione acquosaUna base debole, indicata genericamente B, in soluzione acquosaUna base debole, indicata genericamente B, in soluzione acquosastabilisce il seguente equilibrio di ionizzazione:stabilisce il seguente equilibrio di ionizzazione:stabilisce il seguente equilibrio di ionizzazione:stabilisce il seguente equilibrio di ionizzazione:

BasiBasiBasiBasiBasiBasiBasiBasi debolidebolidebolidebolidebolidebolidebolideboli

B (B (B (B (aqaqaqaq) + H) + H) + H) + H2222O(l) O(l) O(l) O(l) BHBHBHBH++++(aq(aq(aq(aq) + OH) + OH) + OH) + OH----((((aqaqaqaq))))

per la quale si definisce una costante di ionizzazione per la quale si definisce una costante di ionizzazione per la quale si definisce una costante di ionizzazione per la quale si definisce una costante di ionizzazione basica:basica:basica:basica:

[B]][OH ][BH

K-

b

+

=

Ad esempio per una tipica base debole quale lAd esempio per una tipica base debole quale lAd esempio per una tipica base debole quale lAd esempio per una tipica base debole quale l’’’’ammoniaca:ammoniaca:ammoniaca:ammoniaca:

NHNHNHNH3333 ((((aqaqaqaq) + H) + H) + H) + H2222O(l) NHO(l) NHO(l) NHO(l) NH4444++++(aq) + OH(aq) + OH(aq) + OH(aq) + OH----((((aqaqaqaq))))

Analogamente agli acidiAnalogamente agli acidiAnalogamente agli acidiAnalogamente agli acidi ad ogni base debole d ogni base debole d ogni base debole d ogni base debole èèèè associato un valore associato un valore associato un valore associato un valore caratteristico di caratteristico di caratteristico di caratteristico di KKKKbbbb e quindi di e quindi di e quindi di e quindi di pKpKpKpKbbbb....

Tipiche basi deboli sono lTipiche basi deboli sono lTipiche basi deboli sono lTipiche basi deboli sono l’’’’ammoniaca e le ammine organiche quali:ammoniaca e le ammine organiche quali:ammoniaca e le ammine organiche quali:ammoniaca e le ammine organiche quali:

NHNHNHNH3 3 3 3 ammoniacaammoniacaammoniacaammoniacaNHNHNHNH2222CHCHCHCH3333 metilamminametilamminametilamminametilamminaCCCC5555HHHH5555N N N N piridinapiridinapiridinapiridina

CHCHCHCH3333NHNHNHNH2222((((aqaqaqaq)+H)+H)+H)+H2222O CHO CHO CHO CH3333NHNHNHNH3333+ + + + ((((aqaqaqaq) + OH) + OH) + OH) + OH----((((aqaqaqaq))))

ConcConcConcConc. iniziali. iniziali. iniziali. iniziali 0,10 0 0,10 0 0,10 0 0,10 0 ∼∼∼∼0000

Variazioni Variazioni Variazioni Variazioni ----x x x x +x+x+x+x +x+x+x+x

ConcentrazioniConcentrazioniConcentrazioniConcentrazioni 0,100,100,100,10----x x x x x x x x x x x x allallallall’’’’equilibrio equilibrio equilibrio equilibrio

Nota Nota Nota Nota KKKKbbbb per una base debole per una base debole per una base debole per una base debole èèèè possibile calcolare facilmente le possibile calcolare facilmente le possibile calcolare facilmente le possibile calcolare facilmente le concentrazioni allconcentrazioni allconcentrazioni allconcentrazioni all’’’’equilibrio di B, BHequilibrio di B, BHequilibrio di B, BHequilibrio di B, BH++++ e OHe OHe OHe OH---- per una soluzione con per una soluzione con per una soluzione con per una soluzione con concentrazione nota di B in maniera analoga a quella vista per gconcentrazione nota di B in maniera analoga a quella vista per gconcentrazione nota di B in maniera analoga a quella vista per gconcentrazione nota di B in maniera analoga a quella vista per gli acidi li acidi li acidi li acidi deboli. Occorre un solo passaggio in pideboli. Occorre un solo passaggio in pideboli. Occorre un solo passaggio in pideboli. Occorre un solo passaggio in piùùùù se si vuole ricavare il se si vuole ricavare il se si vuole ricavare il se si vuole ricavare il pHpHpHpH....

Esempio Esempio Esempio Esempio –––– Calcolare le concentrazioni di tutte le specie e il Calcolare le concentrazioni di tutte le specie e il Calcolare le concentrazioni di tutte le specie e il Calcolare le concentrazioni di tutte le specie e il pHpHpHpH di una di una di una di una soluzione 0,10 M di soluzione 0,10 M di soluzione 0,10 M di soluzione 0,10 M di metilaminametilaminametilaminametilamina (K(K(K(Kbbbb=4,3=4,3=4,3=4,3××××10101010----4444))))

]NH[CH][OH ]NH[CH

K23

-33

b

+

= x-0,10x

104,32

4- =×

DallDallDallDall’’’’equazione della costante di equilibrio si ha:equazione della costante di equilibrio si ha:equazione della costante di equilibrio si ha:equazione della costante di equilibrio si ha:

Questa Questa Questa Questa èèèè unununun’’’’equazione di secondo grado da risolvere rispetto ad x e può equazione di secondo grado da risolvere rispetto ad x e può equazione di secondo grado da risolvere rispetto ad x e può equazione di secondo grado da risolvere rispetto ad x e può ancora essere semplificata ancora essere semplificata ancora essere semplificata ancora essere semplificata poichpoichpoichpoichèèèè KKKKbbbb èèèè molto piccola e quindi x sarmolto piccola e quindi x sarmolto piccola e quindi x sarmolto piccola e quindi x sarààààmolto piccolo e trascurabile rispetto alla concentrazione iniziamolto piccolo e trascurabile rispetto alla concentrazione iniziamolto piccolo e trascurabile rispetto alla concentrazione iniziamolto piccolo e trascurabile rispetto alla concentrazione iniziale 0,10:le 0,10:le 0,10:le 0,10:

x<<0,10 x<<0,10 x<<0,10 x<<0,10 ⇒⇒⇒⇒ 0,100,100,100,10----x x x x ≈≈≈≈ 0,100,100,100,10

Si ha quindi:Si ha quindi:Si ha quindi:Si ha quindi:

0,10x

104,32

4- =×

x2 = 4,3××××10-4 ×××× 0,10 = 4,3××××10-5

-3-5 106,6104,3x ×=×=

LLLL’’’’approssimazione fatta approssimazione fatta approssimazione fatta approssimazione fatta èèèè ancora valida:ancora valida:ancora valida:ancora valida:

x = 0,0066 << 0,10 0,10-x = 0,10 - 0,0066 = 0,0934 ≈≈≈≈ 0,10

Le concentrazioni allLe concentrazioni allLe concentrazioni allLe concentrazioni all’’’’equilibrio sono quindi:equilibrio sono quindi:equilibrio sono quindi:equilibrio sono quindi:

[OH[OH[OH[OH----]]]] = x = 6,6= x = 6,6= x = 6,6= x = 6,6××××10101010----3333

Il calcolo non dIl calcolo non dIl calcolo non dIl calcolo non dàààà direttamente [Hdirettamente [Hdirettamente [Hdirettamente [H++++]]]] e per calcolare il e per calcolare il e per calcolare il e per calcolare il pHpHpHpHconviene prima calcolare il conviene prima calcolare il conviene prima calcolare il conviene prima calcolare il pOHpOHpOHpOH e poi sottrarre a 14e poi sottrarre a 14e poi sottrarre a 14e poi sottrarre a 14

[CH[CH[CH[CH3333NHNHNHNH3333++++]]]] = x = 6,6= x = 6,6= x = 6,6= x = 6,6××××10101010----3333

[CH[CH[CH[CH3333NHNHNHNH2222]]]] = 0,10 = 0,10 = 0,10 = 0,10 ---- x = 0,10 x = 0,10 x = 0,10 x = 0,10 ---- 6,66,66,66,6××××10101010----3 3 3 3 = 0,0934 = 0,0934 = 0,0934 = 0,0934 ≈≈≈≈ 0,100,100,100,10

pOHpOHpOHpOH = = = = ----log(log(log(log(6,66,66,66,6××××10101010----3 3 3 3 )=2,2)=2,2)=2,2)=2,2

pHpHpHpH = 14= 14= 14= 14----pOH=14pOH=14pOH=14pOH=14----2,2 = 11,82,2 = 11,82,2 = 11,82,2 = 11,8

In generale per una base debole lIn generale per una base debole lIn generale per una base debole lIn generale per una base debole l’’’’approssimazione x<<[B]approssimazione x<<[B]approssimazione x<<[B]approssimazione x<<[B]0000 che che che che permette di evitare di risolvere lpermette di evitare di risolvere lpermette di evitare di risolvere lpermette di evitare di risolvere l’’’’equazione di secondo grado equazione di secondo grado equazione di secondo grado equazione di secondo grado vale se si ha:vale se si ha:vale se si ha:vale se si ha:

KKKKbbbb<<[B]<<[B]<<[B]<<[B]0000 almeno di un fattore 10almeno di un fattore 10almeno di un fattore 10almeno di un fattore 102222----101010103333

In questi casi la concentrazione di ioni OHIn questi casi la concentrazione di ioni OHIn questi casi la concentrazione di ioni OHIn questi casi la concentrazione di ioni OH---- può essere può essere può essere può essere calcolata direttamente con la formula:calcolata direttamente con la formula:calcolata direttamente con la formula:calcolata direttamente con la formula:

0b [B]K[OH ×=− ]

come in pratica fatto nellcome in pratica fatto nellcome in pratica fatto nellcome in pratica fatto nell’’’’esercizio precedente.esercizio precedente.esercizio precedente.esercizio precedente.

Per Per Per Per unaunaunauna coppiacoppiacoppiacoppia acidoacidoacidoacido----base base base base coniugaticoniugaticoniugaticoniugati sisisisi ha:ha:ha:ha:

KKKKa a a a KKKKbbbb = = = = KKKKwwww

Per Per esempioesempio per per ll’’ammoniacaammoniaca sisi ha:ha:

NHNHNHNH4444+ + + + ((((aqaqaqaq) + H) + H) + H) + H2222O(l) NHO(l) NHO(l) NHO(l) NH3 3 3 3 ((((aqaqaqaq) + H) + H) + H) + H3333OOOO+ + + + ((((aqaqaqaq))))

NHNHNHNH3 3 3 3 ((((aqaqaqaq) + H) + H) + H) + H2222O(l) NHO(l) NHO(l) NHO(l) NH4444+ + + + ((((aqaqaqaq) + OH) + OH) + OH) + OH---- ((((aqaqaqaq))))

basebase acidoacidoconiugatoconiugato

][][ ][

K3

4

NHOHNH

b

−−−−++++

====

Per Per ll’’acidoacido coniugatoconiugato abbiamoabbiamo::

][][ ][

K4

33++++

++++

====NH

OHNHa

wba OHOHNH

OHNHNH

OHNHK]][[

][][ ][

][

][ ][KK 3

4

33

3

4 ============ −−−−++++++++

++++−−−−++++

La La forzaforza delladella base base èè collegatacollegata a a quellaquella del del suosuo acidoacido coniugatoconiugato::PiPiùù èè deboledebole la base la base pipiùù sarsaràà forte forte ll’’acidoacido coniugatoconiugato cheche forma.forma.

ReazioniReazioniReazioniReazioniReazioniReazioniReazioniReazioni di neutralizzazionedi neutralizzazionedi neutralizzazionedi neutralizzazionedi neutralizzazionedi neutralizzazionedi neutralizzazionedi neutralizzazione

Avvengono tra acidi e basi: gli ioni HAvvengono tra acidi e basi: gli ioni HAvvengono tra acidi e basi: gli ioni HAvvengono tra acidi e basi: gli ioni H3333OOOO++++ liberati dallliberati dallliberati dallliberati dall’’’’acido reagiscono acido reagiscono acido reagiscono acido reagiscono con gli ioni OHcon gli ioni OHcon gli ioni OHcon gli ioni OH---- liberati dalla base per dare molecole di Hliberati dalla base per dare molecole di Hliberati dalla base per dare molecole di Hliberati dalla base per dare molecole di H2222O e un sale.O e un sale.O e un sale.O e un sale.

Un sale Un sale Un sale Un sale derivaderivaderivaderiva dalladalladalladalla reazionereazionereazionereazione didididi neutralizzazioneneutralizzazioneneutralizzazioneneutralizzazione didididi un un un un acidoacidoacidoacido e e e e didididi unaunaunaunabase in base in base in base in soluzionesoluzionesoluzionesoluzione acquosaacquosaacquosaacquosa....

HCl (aq) + NaOH (aq) → H2O (l) + NaCl (aq)

Se, come nellSe, come nellSe, come nellSe, come nell’’’’esempio, facciamo reagire quantitesempio, facciamo reagire quantitesempio, facciamo reagire quantitesempio, facciamo reagire quantitàààà stechiometriche di stechiometriche di stechiometriche di stechiometriche di un acido forte con una base forte la soluzione finale sarun acido forte con una base forte la soluzione finale sarun acido forte con una base forte la soluzione finale sarun acido forte con una base forte la soluzione finale saràààà neutra.neutra.neutra.neutra.Potrei ottenere la stessa soluzione aggiungendo Potrei ottenere la stessa soluzione aggiungendo Potrei ottenere la stessa soluzione aggiungendo Potrei ottenere la stessa soluzione aggiungendo NaClNaClNaClNaCl allallallall’’’’acqua pura.acqua pura.acqua pura.acqua pura.

Se le quantitSe le quantitSe le quantitSe le quantitàààà non sono stechiometriche il non sono stechiometriche il non sono stechiometriche il non sono stechiometriche il pHpHpHpH della soluzione della soluzione della soluzione della soluzione dipenderdipenderdipenderdipenderàààà dal componente in eccesso.dal componente in eccesso.dal componente in eccesso.dal componente in eccesso.

HCl (aq) + NaOH (aq) → H2O (l) + NaCl (aq)

Moli iniziali Moli iniziali Moli iniziali Moli iniziali nnnnaaaa nnnnbbbb

1)1)1)1) nnnnaaaa=n=n=n=nbbbb=n=n=n=n ---- ---- nnnn nnnn

pH=7pH=7pH=7pH=7

2) 2) 2) 2) nnnnaaaa>>>>nnnnbbbb nnnnaaaa---- nnnnbbbb ---- nnnnbbbb nnnnbbbb

Eccesso di acidoEccesso di acidoEccesso di acidoEccesso di acido pHpHpHpH = = = = ----log(log(log(log(nananana----nbnbnbnb)/V )/V )/V )/V

3) 3) 3) 3) nnnnaaaa<<<<nnnnbbbb nnnnbbbb ---- nnnnaaaa ---- nnnnaaaa nnnnaaaa

Eccesso di baseEccesso di baseEccesso di baseEccesso di base pOHpOHpOHpOH = = = = ----log(log(log(log(nbnbnbnb----nananana)/V )/V )/V )/V

Soluzioni di Sali in acquaSoluzioni di Sali in acquaSoluzioni di Sali in acquaSoluzioni di Sali in acquaSoluzioni di Sali in acquaSoluzioni di Sali in acquaSoluzioni di Sali in acquaSoluzioni di Sali in acqua

Un sale Un sale Un sale Un sale derivaderivaderivaderiva dalladalladalladalla reazionereazionereazionereazione didididi neutralizzazioneneutralizzazioneneutralizzazioneneutralizzazione didididi un un un un acidoacidoacidoacido e e e e didididiunaunaunauna base in base in base in base in soluzionesoluzionesoluzionesoluzione acquosaacquosaacquosaacquosa....

In soluzione acquosa i sali sono dissociati negli ioni costituenIn soluzione acquosa i sali sono dissociati negli ioni costituenIn soluzione acquosa i sali sono dissociati negli ioni costituenIn soluzione acquosa i sali sono dissociati negli ioni costituenti: ti: ti: ti:

NaCl(sNaCl(sNaCl(sNaCl(s) ) ) ) →→→→ NaNaNaNa+ + + + ((((aqaqaqaq) + ) + ) + ) + ClClClCl---- ((((aqaqaqaq))))

NHNHNHNH4444Cl(s) Cl(s) Cl(s) Cl(s) →→→→ NHNHNHNH4444+ + + + ((((aqaqaqaq) + ) + ) + ) + ClClClCl---- ((((aqaqaqaq))))

CHCHCHCH3333COONa(s) COONa(s) COONa(s) COONa(s) →→→→ CHCHCHCH3333COOCOOCOOCOO---- ((((aqaqaqaq) + Na) + Na) + Na) + Na+ + + + ((((aqaqaqaq))))

CHCHCHCH3333COONHCOONHCOONHCOONH4444(s) (s) (s) (s) →→→→ CHCHCHCH3333COOCOOCOOCOO---- ((((aqaqaqaq) + NH) + NH) + NH) + NH4444+ + + + ((((aqaqaqaq))))

H2O

H2O

H2O

H2O

Gli ioni derivanti dalla dissociazione del sale possono comportaGli ioni derivanti dalla dissociazione del sale possono comportaGli ioni derivanti dalla dissociazione del sale possono comportaGli ioni derivanti dalla dissociazione del sale possono comportarsi rsi rsi rsi da acidi o da basi: da acidi o da basi: da acidi o da basi: da acidi o da basi: ---- Se sono gli acidi o le basi coniugati di basi o acidi deboli poSe sono gli acidi o le basi coniugati di basi o acidi deboli poSe sono gli acidi o le basi coniugati di basi o acidi deboli poSe sono gli acidi o le basi coniugati di basi o acidi deboli possono ssono ssono ssono influenzare il influenzare il influenzare il influenzare il pHpHpHpH---- Ioni che invece sono i coniugati di acidi o basi forti invece nIoni che invece sono i coniugati di acidi o basi forti invece nIoni che invece sono i coniugati di acidi o basi forti invece nIoni che invece sono i coniugati di acidi o basi forti invece non on on on hanno propriethanno propriethanno propriethanno proprietàààà basiche o acide. basiche o acide. basiche o acide. basiche o acide.

Se abbiamo una soluzione di Se abbiamo una soluzione di Se abbiamo una soluzione di Se abbiamo una soluzione di NaClNaClNaClNaCl, poich, poich, poich, poichéééé gli ioni costituenti sono gli ioni costituenti sono gli ioni costituenti sono gli ioni costituenti sono i coniugati di un acido forte (i coniugati di un acido forte (i coniugati di un acido forte (i coniugati di un acido forte (HClHClHClHCl) e di una base forte () e di una base forte () e di una base forte () e di una base forte (NaOHNaOHNaOHNaOH), ), ), ), NaNaNaNa++++

e Cle Cle Cle Cl---- non hanno alcuna tendenza ad accettare o donare protoni non hanno alcuna tendenza ad accettare o donare protoni non hanno alcuna tendenza ad accettare o donare protoni non hanno alcuna tendenza ad accettare o donare protoni allallallall’’’’acqua acqua acqua acqua

NaNaNaNa++++ ((((aqaqaqaq) + H) + H) + H) + H2222O O O O →→→→ nessuna reazionenessuna reazionenessuna reazionenessuna reazione

ClClClCl---- ((((aqaqaqaq) + H) + H) + H) + H2222OOOO →→→→ nessuna reazionenessuna reazionenessuna reazionenessuna reazione/

Consideriamo ora una soluzione ottenuta sciogliendoConsideriamo ora una soluzione ottenuta sciogliendoConsideriamo ora una soluzione ottenuta sciogliendoConsideriamo ora una soluzione ottenuta sciogliendo NHNHNHNH4444Cl Cl Cl Cl in in in in acquaacquaacquaacqua

NHNHNHNH4444Cl (s) Cl (s) Cl (s) Cl (s) →→→→ NHNHNHNH4444+ + + + ((((aqaqaqaq) + ) + ) + ) + ClClClCl----(aq(aq(aq(aq))))

/

H2O

La soluzione risulterLa soluzione risulterLa soluzione risulterLa soluzione risulteràààà quindi neutra.quindi neutra.quindi neutra.quindi neutra.

Mentre lo ione ClMentre lo ione ClMentre lo ione ClMentre lo ione Cl---- èèèè stabile in acqua, stabile in acqua, stabile in acqua, stabile in acqua, lo ione NHlo ione NHlo ione NHlo ione NH4444++++ èèèè llll’’’’acido coniugato acido coniugato acido coniugato acido coniugato

della base debole NHdella base debole NHdella base debole NHdella base debole NH3333 èèèè quindi in grado di cedere un protone allquindi in grado di cedere un protone allquindi in grado di cedere un protone allquindi in grado di cedere un protone all’’’’acqua acqua acqua acqua secondo la reazione:secondo la reazione:secondo la reazione:secondo la reazione:

NHNHNHNH4444+ + + + ((((aqaqaqaq) + H) + H) + H) + H2222O(l) NHO(l) NHO(l) NHO(l) NH3 3 3 3 ((((aqaqaqaq) + H) + H) + H) + H3333OOOO+ + + + ((((aqaqaqaq))))

La soluzione risulterLa soluzione risulterLa soluzione risulterLa soluzione risulteràààà dunque acida.dunque acida.dunque acida.dunque acida.

La reazione tra uno ione e lLa reazione tra uno ione e lLa reazione tra uno ione e lLa reazione tra uno ione e l’’’’acqua viene detta acqua viene detta acqua viene detta acqua viene detta reazione di idrolisi.reazione di idrolisi.reazione di idrolisi.reazione di idrolisi.LLLL’’’’idrolisi può essere acida (idrolisi può essere acida (idrolisi può essere acida (idrolisi può essere acida (eseseses NHNHNHNH4444

++++) o basica: ) o basica: ) o basica: ) o basica:

in questo caso lo ione in questo caso lo ione in questo caso lo ione in questo caso lo ione NaNaNaNa++++ èèèè stabile, mentre lo ione CNstabile, mentre lo ione CNstabile, mentre lo ione CNstabile, mentre lo ione CN---- èèèè la base la base la base la base coniugata dellconiugata dellconiugata dellconiugata dell’’’’acido cianidrico HCN, acido cianidrico HCN, acido cianidrico HCN, acido cianidrico HCN, èèèè quindi in grado di accettare quindi in grado di accettare quindi in grado di accettare quindi in grado di accettare un protone dallun protone dallun protone dallun protone dall’’’’acqua secondo la reazione:acqua secondo la reazione:acqua secondo la reazione:acqua secondo la reazione:

Quando sciogliamo in acqua del cianuro di sodio, Quando sciogliamo in acqua del cianuro di sodio, Quando sciogliamo in acqua del cianuro di sodio, Quando sciogliamo in acqua del cianuro di sodio, NaCNNaCNNaCNNaCN::::

NaCNNaCNNaCNNaCN (s)(s)(s)(s) NaNaNaNa+ + + + ((((aqaqaqaq) + CN) + CN) + CN) + CN---- ((((aqaqaqaq))))

CNCNCNCN---- ((((aqaqaqaq) + H) + H) + H) + H2222O (l) HCN (O (l) HCN (O (l) HCN (O (l) HCN (aqaqaqaq) + OH) + OH) + OH) + OH---- ((((aqaqaqaq))))

la soluzione risulta dunque basicala soluzione risulta dunque basicala soluzione risulta dunque basicala soluzione risulta dunque basica

pHpHpHpH di una soluzione salinadi una soluzione salinadi una soluzione salinadi una soluzione salina

Esempio: calcolare il Esempio: calcolare il Esempio: calcolare il Esempio: calcolare il pHpHpHpH di una soluzione 0,050M di NHdi una soluzione 0,050M di NHdi una soluzione 0,050M di NHdi una soluzione 0,050M di NH4444Cl sapendo che Cl sapendo che Cl sapendo che Cl sapendo che per NHper NHper NHper NH3333 KKKKbbbb=1,8=1,8=1,8=1,8××××10101010----5555

NHNHNHNH4444Cl (s) Cl (s) Cl (s) Cl (s) →→→→ NHNHNHNH4444+ + + + ((((aqaqaqaq) + ) + ) + ) + ClClClCl----(aq(aq(aq(aq))))

HHHH2222OOOOIl cloruro dIl cloruro dIl cloruro dIl cloruro d’’’’ammonio si dissocia nei due ioni costituentiammonio si dissocia nei due ioni costituentiammonio si dissocia nei due ioni costituentiammonio si dissocia nei due ioni costituenti

La concentrazione dello ione ammonio sarLa concentrazione dello ione ammonio sarLa concentrazione dello ione ammonio sarLa concentrazione dello ione ammonio saràààà quindi uguale a quella di quindi uguale a quella di quindi uguale a quella di quindi uguale a quella di NHNHNHNH4444Cl, cioCl, cioCl, cioCl, cioèèèè 0,05M0,05M0,05M0,05M

Lo ione ammonio si comporta come un acido debole e il Lo ione ammonio si comporta come un acido debole e il Lo ione ammonio si comporta come un acido debole e il Lo ione ammonio si comporta come un acido debole e il pHpHpHpH di una sua di una sua di una sua di una sua soluzione 0,05 M si calcola esattamente come visto per un qualsisoluzione 0,05 M si calcola esattamente come visto per un qualsisoluzione 0,05 M si calcola esattamente come visto per un qualsisoluzione 0,05 M si calcola esattamente come visto per un qualsiasi asi asi asi acido debole.acido debole.acido debole.acido debole.LLLL’’’’unica differenza unica differenza unica differenza unica differenza èèèè che non risulta nota che non risulta nota che non risulta nota che non risulta nota KKKKaaaa delldelldelldell’’’’ammonio, ma solo della ammonio, ma solo della ammonio, ma solo della ammonio, ma solo della sua base coniugata, lsua base coniugata, lsua base coniugata, lsua base coniugata, l’’’’ammoniaca, ma questo può essere calcolato ammoniaca, ma questo può essere calcolato ammoniaca, ma questo può essere calcolato ammoniaca, ma questo può essere calcolato immediatamente dalla relazione:immediatamente dalla relazione:immediatamente dalla relazione:immediatamente dalla relazione:

105

14

b

wa 105.6

101.8

101.0K

KK −

−

−×=

××==

NH4+ (aq) + H2O (l) NH3 (aq) + H3O

+ (aq)

conc. iniziale 0.050 0 ~0

variazioni -x +x +x

conc. equilibrio 0.050-x x x

][NH

]O][H[NHK

4

33a +

+=

x0.050

x105.6

2

210

−=× −

0.050x << 0.050x

105.62

10 =× −

610 105.30.050)10(5.6x −− ×=××=

5,3)10log(5,3pH 6 =×−= − pH <7 pH <7 pH <7 pH <7 acidaacidaacidaacida

RiepilogoRiepilogoRiepilogoRiepilogo::::

Acido debole:

Base debole:

Idrolisi acida:

Idrolisi basica:

aa3 c]O[H K≅+

bbc][OH K≅−

sb

w3 c]O[H

K

K≅+

sa

w c][OHK

K≅−