Acidi e basi

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Gli acidi e le basi sono essenziali per comprendere la chimica: dal sapore aspro o amaro, alla capacità di condurre corrente come elettroliti. Le teorie di Arrhenius, Brønsted-Lowry e Lewis forniscono diversi approcci per definire e classificare queste sostanze. L'autoionizzazione dell'acqua e il concetto di pH aiutano a quantificare la loro forza e reattività in soluzione.

Riassunto

Schema

Proprietà e Teorie degli Acidi e delle Basi

Gli acidi e le basi sono classi di composti chimici che esibiscono caratteristiche distintive. Gli acidi sono noti per il loro sapore aspro, esemplificato dall'acido citrico nei limoni e dall'acido acetico nell'aceto, e per la loro capacità di virare al rosso la cartina tornasole, un indicatore di pH. In soluzione, gli acidi si comportano come elettroliti, conducendo corrente elettrica a causa della presenza di ioni liberati durante la dissociazione. Le basi, d'altra parte, presentano un sapore amaro, come quello del bicarbonato di sodio, e virano al blu la cartina tornasole. Anche le basi sono elettroliti in soluzione, conducendo corrente grazie alla dissociazione in ioni. La comprensione delle proprietà degli acidi e delle basi è stata affinata nel corso del tempo attraverso diverse teorie scientifiche che hanno cercato di spiegare il loro comportamento in vari contesti.

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La Teoria di Arrhenius

Nel 1887, il chimico svedese Svante Arrhenius introdusse una teoria che definisce gli acidi e le basi in base alla loro capacità di ionizzarsi in soluzione acquosa. Secondo Arrhenius, gli acidi sono sostanze che, in acqua, si dissociano rilasciando ioni idrogeno (H+), mentre le basi rilasciano ioni idrossido (OH-). L'acido cloridrico (HCl) è un esempio di acido secondo Arrhenius, poiché si dissocia in acqua rilasciando ioni H+. Analogamente, l'idrossido di sodio (NaOH) è un esempio di base, che si dissocia rilasciando ioni OH-. Tuttavia, la teoria di Arrhenius è limitata alle soluzioni acquose e non spiega il comportamento acido o basico in assenza di acqua.

La Teoria di Brønsted e Lowry

Johannes N. Brønsted e Thomas M. Lowry, nel 1923, proposero indipendentemente una teoria che ampliava la definizione di acidi e basi oltre le soluzioni acquose. Secondo la teoria di Brønsted-Lowry, un acido è una specie chimica capace di donare un protone (H+), mentre una base è una specie chimica capace di accettare un protone. Questo concetto introduce la nozione di coppia acido-base coniugata: un acido, dopo aver donato un protone, diventa la sua base coniugata, e una base, dopo aver accettato un protone, diventa il suo acido coniugato. Ad esempio, l'acido solfidrico (H2S) può agire come acido donando un protone all'acqua, mentre l'ammoniaca (NH3) può agire come base accettando un protone.

La Teoria di Lewis

Gilbert N. Lewis, nel 1923, propose una definizione ancora più generale di acidi e basi, basata sulla teoria del legame chimico. Secondo Lewis, un acido è una specie chimica in grado di accettare una coppia di elettroni, mentre una base è una specie chimica in grado di donare una coppia di elettroni. Questa definizione non si limita alle reazioni in soluzione acquosa o al trasferimento di protoni, ma si applica a un'ampia varietà di reazioni chimiche, inclusi i complessi di coordinazione e le reazioni di catalisi.

Ionizzazione dell'Acqua e il Prodotto Ionico

L'acqua pura si autoionizza in una reazione di equilibrio producendo ioni idrogeno (H+) e ioni idrossido (OH-). Questo fenomeno è descritto dalla costante del prodotto ionico dell'acqua (Kw), che a 25°C ha un valore di 1,00 · 10^-14. In acqua pura, le concentrazioni di ioni H+ e OH- sono uguali e molto basse. Tuttavia, in soluzioni acide o basiche, la concentrazione di uno dei due ioni sarà maggiore. Una soluzione si considera neutra quando [H+] = [OH-], acida quando [H+] > [OH-], e basica quando [OH-] > [H+].

Il pH e la Forza degli Acidi e delle Basi

Il pH è una scala che misura la concentrazione di ioni idrogeno in soluzione e varia da 0 a 14, dove un valore di 7 indica una soluzione neutra, valori inferiori indicano una soluzione acida e valori superiori indicano una soluzione basica. Il pH si calcola come il logaritmo negativo in base 10 della concentrazione di ioni H+ (pH = -log[H+]). Analogamente, il pOH si riferisce alla concentrazione di ioni OH- e si calcola come il logaritmo negativo della concentrazione di ioni OH- (pOH = -log[OH-]). La somma del pH e del pOH è sempre uguale a 14 a 25°C. Gli acidi e le basi si classificano in forti o deboli a seconda del loro grado di ionizzazione in acqua. Gli acidi forti si ionizzano completamente, mentre gli acidi deboli si ionizzano solo parzialmente. La costante di ionizzazione acida (Ka) e la costante di ionizzazione basica (Kb) quantificano la forza relativa degli acidi e delle basi in soluzione.

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