ACIDI E BASI
Da dove derivano i loro nomi?
Il nome acido viene dal latino acidum che
significa aspro, pungente.
Il nome alcali viene dall’arabo al-qalì che sta
ad indicare la potassa contenuta nella
cenere di legna, le cui soluzioni sono
fortemente basiche
A quale epoca risale l’idea di acido e di base?
“Chi canta canzoni ad un afflitto è come
chi si toglie il vestito in un giorno di
freddo e come aceto sulla soda”
Bibbia cap. 20 Libro dei Proverbi
In altri libri dell’Antico Testamento si parla di latte acido e
dell’azione purificatrice di soda e potassa.
Ciò dimostra che l’idea di acido, di alcali e di reazione chimica è da
tempo patrimonio culturale dell’umanità.
Ed oggi?
Non occorre avere dimistichezza con la
chimica per riconoscere, utilizzando il
gusto o le proprietà aggressive, agli
alimenti quali l’aceto, il succo di limone, al
liquido delle batterie ed anche alle bibite
tipo cola, i caratteri tipici delle sostanze
acide; mentre ai prodotti di uso domestico
quale le soda riconoscere il carattere
basico mediante il tatto perché scivolosi e
adatti a rimuovere lo sporco.
ACIDI E BASI NELLA VITA
QUOTIDIANA
Acidi
Basi
Molti dei prodotti (classificabili in chimica come miscugli omogenei e/o
eterogenei), normalmente usati in casa, presentano caratteristiche acide o
basiche. Ne sono esempi: saponi, detersivi, medicine e alimenti
Acidi e basi le prime osservazioni.
Gli Acidi
Le Basi
•
Sono di sapore aspro;
•
Hanno un sapore
amarognolo;
•
Corrodono facilmente
molti metalli;
•
Sono saponose al tatto;
•
Si mostrano corrosive
solo per alcuni metalli;
•
Fanno diventare blu il
tornasole
•
Fanno diventare rosso
il tornasole, una
sostanza estratta da un
lichene.
Acidi
Alcuni alimenti quali l’aceto, il limone e lo yogurt
presentano un tipico sapore aspro che viene meglio
definito come acido, tale sapore è causato da
particolari sostanze contenute in questi prodotti
dette acidi: l’acido acetico, nel caso dell’aceto,
l’acido citrico, nel caso del succo del limone e
l’acido lattico nel caso dello yogurt.
Ma alcuni acidi possono essere molto pericolosi, fra
questi vi è l’acido cloridrico (commercialmente
chiamato acido muriatico, usato per togliere le
incrostazioni da calcare) o l’acido solforico usato
per sturare i bagni o ancora l’acido fluoridrico usato
per togliere le macchie di ruggine dai tessuti.
Basi
Altre sostanze, invece, presentano un gusto
differente. Se, ad esempio, sciogliamo un
cucchiaino di bicarbonato di sodio in un bicchiere
d’acqua, la soluzione ha un sapore amarognolo. Il
bicarbonato di sodio e le sostanze che presentano
lo stesso comportamento sono dette basi (o anche
alcali).
Fra le basi di comune impiego vi sono l’idrossido
di ammonio (ammoniaca) e l’ipoclorito di sodio
(candeggina), usati come prodotti per la pulizia
delle superfici, e l’idrossido di sodio contenuto nei
prodotti per la pulizia delle tubazioni degli scarichi
casalinghi.
E noi …..
Anche nel nostro organismo sono presenti sia
sostanze acide sia sostanze basiche.
Nello stomaco, ad esempio, viene secreto acido
cloridrico (HCl).
Sono, invece, basici i succhi pancreatici;
leggermente basico è il sangue.
Definizioni di Acidi e Basi
Prima di Arrhenius
Arrhenius
Brönsted- Lowry
Lewis
Prima di Arrhenius
J. R. Glauber
Boyle
Lavoisier
J. von Liebig
J. R. Glauber 1648
Gli alchimisti conoscevano la capacità degli
acidi e delle basi di fare cambiare di colore
alcuni coloranti vegetali e queste proprietà
insieme alla capacità degli acidi e delle
basi di neutralizzarsi a vicenda formando
Sali, facevano pensare che essi
presentassero proprietà opposte
R. Boyle (1627- 1691)
Spiegava la natura pungente degli acidi con la forma a punta delle
particelle e le caratteristiche basiche con la forma tonda delle particelle;
la neutralizzazione veniva spiegata col fatto che le particelle a punta
degli acidi si conficcavano nelle particelle tonde delle basi (questo era
un ingenuo trasferimento delle proprietà macroscopiche a livello
macroscopico).
Fu fra i primi ad occuparsi di indicatori vegetali, egli osservò che lo
sciroppo di violette blu virava al rosso in presenza degli acidi e al verde
in presenza degli alcali.
Egli classificò acidi ed alcali secondo la loro forza, ricorrendo all’infuso
di lignum nephiriticum. Altri esperimenti fece con il succo di fiordalisi, di
ligustro, di more e con i decotti di fiori di melograno e di rosa. Vide che
il litmus (tornasole) estratto da particolari licheni, assumeva colorazione
rossa in presenza di acidi e blu in presenza di alcali e ne impregnò la
carta per facilitarne l’impiego.
Lavoisier 1777
Sostenne che l’ossigeno era il principio
generale dell’acidificazione, in quanto i non
metalli
combinandosi
con
l’ossigeno
acquisivano carattere acido, ma questo
approccio, precursore delle moderne teorie,
non fu sviluppato, perché H. Davy riportava
studi sull’acido muriatico (HCl) a carattere
acido non contenete ossigeno.
J. von Liebig 1838
Ipotizzò che gli acidi contenessero nella loro
molecola almeno un atomo di idrogeno
sostituibile, stabilendo un secondo principio
dell’acidificazione
Acidi e basi secondo Arrhenius
(1887):
Gli Acidi si dissociano in acqua liberando ioni H+
HCl + H2O

H 3O +
+
Cl-
Le Basi si dissociano in acqua liberando ioni OH-
NaOH + H2O  Na+ + OH- + H2O
Queste due specie reagiscono tra loro
formando acqua
H3O+ + OH-  2 H2O
Sörensen 1909
Studiando l’azione degli acidi sulla catalisi
enzimatica, dovendo esprimere con
numeri semplici il grado di acidità propose
l’uso del
pH = - log [H+]
Acidi e basi secondo la teoria
di Brönsted- Lowry (1923) :
Acido: specie chimica che dona protoni
Base: specie chimica che accetta protoni
HA +
Acido
H2O
Base

H3O+
+
AAcido coniugato
Base coniugata
Rispetto alla teoria di Arrhenius, nella teoria di BrönstedLowry:
• Una base è una specie chimica che accetta protoni (lo
ione idrossido OH- è solo un esempio di base);
• Le reazioni acido-base non sono più limitate alle
soluzioni acquose;
• Alcune specie possono agire sia come acidi sia come
basi, a seconda della natura dell’altra specie reagente.
Acidi e basi secondo la teoria
di Lewis (1923)
• Acido è una specie chimica (molecola o
ione) in grado di accettare una coppia di
elettroni (H+, BF3, ecc.).
• Base è una specie chimica (molecola o
ione) in grado di fornire una coppia di
elettroni (OH-, NH3, ecc.).
Gli acidi e le basi come elettroliti.
Le sostanze che in soluzione acquosa si
scindono in ioni positivi e negativi in grado di
condurre, in varia misura, la corrente elettrica,
vengono chiamate elettroliti.
Gli ioni rappresentano i “veicoli” per il trasporto
dell’elettricità. Maggiore è il numero di ioni
presenti, maggiore è la conducibilità della
soluzione dell’elettrolita.
Sono elettroliti gli acidi, le basi, e i sali.
Dissociazione: si riferisce alla scissione in ioni di
carica opposta, che subiscono, per intervento
dell’acqua, i composti ionici.
Ionizzazione: si riferisce alla separazione in ioni di
carica opposta che subiscono i composti covalenti
polari all’atto della loro dissoluzione in acqua.
Gli elettroliti che in soluzione presentano tutte le
molecole dissociate in ioni sono chiamati
elettroliti forti (es: cloruro di sodio, acido
cloridrico, acido solforico, ecc.).
Gli elettroliti dei quali, invece, solo una piccola
frazione è dissociata in ioni si chiamano
elettroliti deboli (es: acido acetico, acido
carbonico, acido citrico, ammoniaca, ecc.)
Ad esempio una soluzione di cloruro di sodio
(“sale da cucina”) è un buon conduttore; una
soluzione di acido acetico (presente
nell’aceto) è un cattivo conduttore.
Eseguendo prove di conducibilità elettrica anche su
soluzioni di CH3COOH e HCl si osserva un’importante
differenza.
Se si preparano soluzioni di acidi diversi sciogliendo
però lo stesso numero di molecole, la concentrazione
degli ioni H+ può essere differente.
Lo stesso vale per le basi: misure di conducibilità
elettrica mostrano, ad esempio, che a parità di
concentrazione, una soluzione di NaOH conduce
molto meglio la corrente rispetto ad una soluzione di
NH3.
ACIDI
ACIDI FORTI
ACIDI DEBOLI
In soluzione acquosa
si ionizzano
completamente
In soluzione acquosa
si ionizzano
solo parzialmente
BASI
BASI FORTI
BASI DEBOLI
In soluzione acquosa
si dissociano o ionizzano
in modo completo
In soluzione acquosa
producono
quantità ridotte di ioni OH-
La situazione di una soluzione
acquosa di un acido/base forte può
essere così rappresentata:
La situazione di una soluzione
acquosa di un acido/base debole
può essere così rappresentata:
Dal seguente grafico possiamo notare che le sostanze
più acide e più basiche hanno un’alta conducibilità.
PRODOTTO IONICO DELL’ACQUA
L’acqua pura non conduce la corrente elettrica, ma se si
misura la sua conducibilità con strumenti molto sensibili, si
osserva che anch’essa, sia pure in minima quantità, conduce
la corrente elettrica.
Questo significa che pochissime delle sue molecole sono
dissociate in ioni.
La reazione di ionizzazione dell’acqua che porta alla
formazione di ioni idrogeno, H+, e di ioni idrossido, OH- , è
una reazione di equilibrio molto spostata verso la forma
indissociata H2O :
H 2O
H 2O
H+
+ H2O
+
H 3 O+
OH-
+
OH-
(t. di Brönsted-Lowry)
Equilibrio di autoionizzazione dell’acqua
Dal valore molto basso della Keq , si deduce che la frazione di
molecole di acqua ancora indissociate in protoni e ioni ossidrile è
praticamente quella iniziale.
Considerando che la massa di una mole di acqua è 18 g/mole e che
la massa totale di acqua in un litro è 1000 g la concentrazione molare
dell’acqua pura sarà:
[ H2O ] =
1000 g/l : 18 g/mole = 55,5 mol/l
Poiché tale valore può essere considerato costante, la relazione
di equilibrio diventa:
Keq x [ H2O] 2 =
[ H+]
x
[ OH-]
= [ H+]
x
[ OH-]
Sostituendo il valore:
Keq x (55,5)2
• Il prodotto Keq x (55,5)2 è una nuova
costante, è indicata con Kw ed è
chiamata prodotto ionico dell’acqua, il
cui valore , a 25 °C e per tutte le soluzioni
acquose, è :
Kw = 3, 25 · 10-18 x (55,5)2 = 1 · 10-14
H 2O
H3 O+
+ H 2O
+
OH-
Poiché da una molecola di acqua si ottiene uno ione H+ e uno ione
ossidrile (OH-), nell’acqua pura le concentrazioni dei due ioni devono
essere uguali, cioè:
[ H +]
=
[OH-]
Sostituendo nella relazione del prodotto ionico dell’acqua si ha:
Kw
= 1 · 10-14 =
[ H+ ] x [ OH-] = [ H+ ] x [ H+ ]
1 · 10-14 =
[ H+ ] 2
da cui:
[ H+] = [ OH-] = 1 · 10-7 mol/l soluzioni neutre
Una soluzione acquosa in cui prevale la
concentrazione degli ioni H+, risulta acida.
[ H+ ]
> [ OH- ]
[ H+ ]
> 1 · 10-7
soluzioni acide
Una soluzione in cui prevale la concentrazione
degli ioni OH- risulta basica.
[ H+ ]
<
[ OH- ]
[ H+ ]
<
1 · 10-7
soluzioni basiche
Il grado di acidità e di basicità si misura
mediante una scala i cui valori a 25 °C
sono compresi tra 1 e 14, chiamata scala di
pH.
pH = 7 indica la neutralità
pH < 7 indica l’acidità
pH > 7 indica la basicità
Si definisce pH il logaritmo negativo (in base 10) della
concentrazione di ioni idrogeno di una soluzione
pH = - log 10 [ H+] = - log 1010 –x
Per cui l’esponente della potenza che esprime la
concentrazione degli ioni H+, cambiato di segno, diventa
immediatamente il pH.
La conoscenza dei valori del pH di una
soluzione è molto importante:
• La vita degli animali e dei vegetali è regolata
da una determinata concentrazione degli ioni
H+, e se essa viene sensibilmente cambiata
può scomparire qualunque manifestazione di
vita.
• Il pH è importante anche per la qualità delle
acque potabili, dei prodotti alimentari e di uso
quotidiano, per un gran numero di lavorazioni
industriali (produzione carta, farmaci, tintura,
stampa..) e di processi tecnologici(produzione
vino, birra, conservazione latte, carne..).
DETERMINAZIONE SPERIMENTALE DEL pH
Il grado di acidità o basicità di una
soluzione si può misurare utilizzando
gli indicatori acido-base od il
piaccametro.
Gli INDICATORI sono sostanze organiche
aventi la proprietà di assumere diverso
colore quando vengono a contatto con
un acido o una base.
Miscele di indicatori,
opportunamente dosati,
assumono tonalità di colori
differenti a seconda del
valore del pH e, pertanto,
sono utilizzabili per definire
non solo il carattere acido
e basico, ma anche per
misurare quantitativamente
il grado di acidità
(soluzioni e cartine
universali).
• La figura seguente mostra l’utilizzo dell’indicatore
universale, una cartina preparata con un miscuglio di
indicatori, in grado di assumere tonalità di colore
differenti a seconda della concentrazione di ioni H+ o
OH-.
• In base al colore si può risalire al valore del pH
Mediante
l'indicatore
universale vediamo che
le varie soluzioni si
colorano di determinati
colori; questi colori
rappresentano il pH
della sostanza (acida,
basica o neutra)
• Per misure più accurate del
pH si può impiegare uno
strumento apposito, detto
PIACCAMETRO. Esso
consente di misurare il pH
immergendo una sonda
costituita da un elettrodo a
vetro direttamente nella
soluzione e leggendo su
un’apposita scala il valore
del pH.
Preparazione di un indicatore
naturale: il succo del cavolo rosso
Liquido di colore blu – viola che a contatto
con sostanze acide diventa rosso, mentre
a contatto con sostanze basiche diventa
verde e perfino giallo
Si taglia a fettine un cavolo rosso
Si pongono le fettine in una pentola e
si versa acqua fino a ricoprirle
Si pone la pentola su un fornello
(anche elettrico)
Si lascia bollire per 30 minuti
Si spegne il fornello e si lascia
raffreddare
Si filtra il liquido blu – viola ottenuto
in un recipiente dall’imboccatura larga
Preparazione di cartine indicatrici al succo
di cavolo rosso
Il succo così ottenuto può essere adoperato direttamente, aggiungendone
qualche goccia alla soluzione da analizzare, oppure si possono preparare delle
cartine imbevute simili a quelle al tornasole (commerciali)
1) Si tagliano a rettangoli dei fogli di
cartoncino bianco
2) Si pongono tali cartoncini a bagno
nel succo di cavolo rosso in modo
che si imbevano bene
3) Dopo circa 30 minuti si tolgono i
cartoncini e si pongono ad
asciugare (anche con l’aiuto di un
phon)
4) Si tagliano i cartoncini in
striscette che vengono conservate
in una busta chiusa per conservarle
più a lungo
Le striscette così ottenute possono essere adoperate come le comuni cartine
al tonasole
Se, a questo punto, immergiamo queste cartine in più soluzioni a diverso pH
noto (una cartina per ciascuna soluzione) possiamo ottenere la scala cromatica
delle cartine al cavolo rosso che abbiamo preparato
Soluzione acida
Soluzione basica