Cosa sono gli acidi e le basi?

Esistono diversi metodi per definire acidi e basi. Mentre queste definizioni non si contraddicono a vicenda, variano in base alla loro inclusione. Le definizioni più comuni di acidi e basi sono acidi e basi di Arrhenius, acidi e basi di Brønsted-Lowry e acidi e basi di Lewis. Anche Antoine Lavoisier, Humphry Davy e Justus Liebig hanno fatto osservazioni su acidi e basi, ma non hanno formalizzato le definizioni.

Acidi e basi di Svante Arrhenius

La teoria di Arrhenius sugli acidi e sulle basi risale al 1884, basandosi sulla sua osservazione che i sali, come il cloruro di sodio, si dissociano in ciò che ha definito ioni quando immerso in acqua.

• gli acidi producono H⁺ ioni in soluzioni acquose
• le basi producono OH^- ioni in soluzioni acquose
• acqua richiesta, quindi consente solo soluzioni acquose
• sono ammessi solo acidi protici; richiesto per produrre ioni idrogeno
• sono consentite solo basi di idrossido

Johannes Nicolaus Brønsted - Acidi e basi di Thomas Martin Lowry

La teoria di Brønsted o Brønsted-Lowry descrive le reazioni acido-base come un acido che rilascia un protone e una base che accetta un protone. Mentre la definizione di acido è praticamente la stessa di quella proposta da Arrhenius (uno ione idrogeno è un protone), la definizione di ciò che costituisce una base è molto più ampia.

• gli acidi sono donatori di protoni
• le basi sono accettori di protoni
• sono ammesse soluzioni acquose
• sono consentite basi oltre agli idrossidi
• sono ammessi solo acidi protici

Acidi e basi di Gilbert Newton Lewis

La teoria di Lewis di acidi e basi è il modello meno restrittivo. Non si occupa affatto dei protoni, ma si occupa esclusivamente delle coppie di elettroni.

• gli acidi sono accettori di coppie di elettroni
• le basi sono donatori di coppie di elettroni
• meno restrittivo delle definizioni acido-base

Proprietà di acidi e basi

Robert Boyle descrisse le qualità degli acidi e delle basi nel 1661. Queste caratteristiche possono essere usate per distinguere facilmente tra i due prodotti chimici senza impostare test complicati:

acidi

• sapore aspro (non assaggiarli!) - la parola "acido" deriva dal latino Acere, che significa "acido"
• gli acidi sono corrosivi
• gli acidi cambiano la cartina di tornasole (una tintura vegetale blu) da blu a rosso
• le loro soluzioni acquose (acqua) conducono corrente elettrica (sono elettroliti)
• reagire con le basi per formare sali e acqua
• evolvere idrogeno gassoso (H₂) per reazione con un metallo attivo (come metalli alcalini, metalli alcalini terrosi, zinco, alluminio)

Acidi comuni

• acido citrico (da alcuni frutti e verdure, in particolare gli agrumi)
• acido ascorbico (vitamina C, come da alcuni frutti)
• aceto (acido acetico al 5%)
• acido carbonico (per carbonatazione di bevande analcoliche)
• acido lattico (nel latticello)

basi

• sapore amaro (non assaggiarli!)
• senti scivoloso o insaponato (non toccarli arbitrariamente!)
• le basi non cambiano il colore della cartina di tornasole; possono riportare in blu tornasole rosso (acidificato)
• le loro soluzioni acquose (acqua) conducono una corrente elettrica (sono elettroliti)
• reagire con acidi per formare sali e acqua

Basi comuni

• detersivi
• sapone
• liscivia (NaOH)
• ammoniaca domestica (acquosa)

Acidi e basi forti e deboli

La forza di acidi e basi dipende dalla loro capacità di dissociarsi o irrompere nei loro ioni in acqua. Un acido forte o una base forte si dissocia completamente (ad esempio HCl o NaOH), mentre un acido debole o una base debole si dissocia solo parzialmente (ad esempio acido acetico).

La costante di dissociazione acida e la costante di dissociazione base indicano la forza relativa di un acido o base. La costante di dissociazione acida K_un' è la costante di equilibrio di una dissociazione acido-base:

HA + H₂O ⇆ A^- + H₃O⁺

dove HA è l'acido e A^- è la base coniugata.

K_un' = [A^-] [H₃O⁺] / [HA] [H₂O]

Questo è usato per calcolare pK_un', la costante logaritmica:

pk_un' = - log₁₀ K_un'

Più grande è il pK_un' valore, minore è la dissociazione dell'acido e minore è l'acido. Gli acidi forti hanno un pK_un' inferiore a -2.