Acidi e basi di Bronsted-Lowry

La classe di reazione acido-base è stata studiata per un bel po ‘di tempo. Nel 1680, Robert Boyle riportò tratti di soluzioni acide che includevano la loro capacità di sciogliere molte sostanze, di cambiare i colori di alcuni coloranti naturali e di perdere questi tratti dopo essere venuti a contatto con soluzioni alcali (di base). Nel XVIII secolo, è stato riconosciuto che gli acidi hanno un sapore aspro, reagiscono con il calcare per liberare una sostanza gassosa (ora nota come CO₂) e interagiscono con gli alcali per formare sostanze neutre. Nel 1815, Humphry Davy contribuì notevolmente allo sviluppo del moderno concetto acido-base dimostrando che l’idrogeno è il costituente essenziale degli acidi. Nello stesso periodo, Joseph Louis Gay-Lussac concluse che gli acidi sono sostanze che possono neutralizzare le basi e che queste due classi di sostanze possono essere definite solo in termini l’una dell’altra. Il significato dell’idrogeno fu rienfatizzato nel 1884 quando Svante Arrhenius definì un acido come un composto che si dissolve in acqua per produrre formazioni di idrogeno (ora riconosciute come ioni idronio) e una base come composto che si dissolve in acqua per produrre anioni idrossidi.

Acidi e basi brønsted-lowry

Johannes Brønsted e Thomas Lowry proposero una descrizione più generale nel 1923 in cui acidi e basi furono definiti in termini di trasferimento di ioni idrogeno, H⁺. (Si noti che questi ioni idrogeno sono spesso indicati semplicemente come protoni, poiché quella particella subatomica è l’unica componente dei cate derivati dall’isotopo dell’idrogeno più abbondante, ¹H.) Un composto che dona un protone ad un altro composto è chiamato acido di Brønsted-Lowry, e un composto che accetta un protone è chiamato base di Brønsted-Lowry. Una reazione acido-base è, quindi, il trasferimento di un protone da un donatore (acido) ad un accettore (base).

Il concetto di coppie coniugate è utile per descrivere le reazioni acido-base di Brønsted-Lowry (e anche altre reazioni reversibili). Quando un acido dona H⁺, la specie che rimane è chiamata base coniugata dell’acido perché reagisce come accettore di protoni nella reazione inversa. Allo stesso modo, quando una base accetta H⁺, viene convertita nel suo acido coniugato. La reazione tra acqua e ammoniaca illustra questa idea come mostrato di seguito.

Nella direzione in avanti, l’acqua agisce come un acido donando un protone all’ammoniaca e successivamente diventando uno ione idrossido, OH⁻, la base coniugata dell’acqua. L’ammoniaca agisce come base nell’accettare questo protone, diventando uno ione ammonio, NH₄⁺, l’acido coniugato dell’ammoniaca. Nella direzione opposta, uno ione idrossido agisce come base nell’accettare un protone dallo ione ammonio, che agisce come acido.

Acidi e basi forti si dissociano completamente in una soluzione. I loro acidi coniugati e basi sono estremamente deboli e non possono donare o accettare i protoni, rispettivamente, per effettuare la reazione inversa; pertanto, le reazioni che coinvolgono acidi e basi forti vanno essenzialmente a compimento quando in una soluzione acquosa. D’altra parte, acidi e basi deboli si dissociano parzialmente nelle soluzioni e producono rispettivamente basi e acidi coniugati deboli. Questi acidi coniugati deboli o basi possono effettuare la reazione inversa, e quindi le reazioni di acido debole e base raggiungono un equilibrio a seconda dei punti di forza relativi degli acidi e delle basi deboli. Per riassumere, un acido più forte produrrà la base coniugata altrettanto più debole, mentre una base più forte produrrà l’acido coniugato altrettanto più debole e viceversa. La tabella 1 descrive la relazione tra diverse coppie acido-base coniugate.

Tabella 1 : La commissione per i dati Forza relativa di alcune coppie acido-base coniugate.

Questo testo è adattato da Openstax, Chimica 2e, Sezione 14.4 Acido e Basi Brønsted-Lowry.