Investeşte în oameni !FONDUL SOCIAL EUROPEANProgramul Operaţional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 –2013 Axa prioritară nr. 1 „Educaţiaşiformareaprofesionalăînsprijinulcreşteriieconomiceşidezvoltăriisocietăţiibazatepecunoaştere”Domeniul major de intervenţie 1.2 „Calitateînînvăţământulsuperior”

Numărulde identificareal contractului:POSDRU/156/1.2/G/138821 Beneficiar:UniversitateaPOLITEHNICA din BucureştiTitlulproiectului: Calitate, inovare, comunicare-instrumenteeficienteutilizatepentrucreştereaaccesuluişipromovabilităţiiînînvăţământulsuperior tehnic

Activitatea A5. Introducerea unor module specifice de pregătire a studenţilor în vederea asigurării de şanse egale

MODUL DE INSTRUIRE: CHIMIE

Curs: 7

Grupele: C2, C3, C5, C6, C7, C8, C9, C10, C11, C12

Formatori:

Neacșu IonelaAndreea,OpreaOvidiuCristian, Sava Daniel Florin, Tomas ȘtefanTheodor

1

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

Identificarea acizilor şi bazelor s-a efectuat initial ȋn mod

ȋntâmplător, cu ajutorul simţurilor umane: acizii aveau gust

acru, inţepător, iar bazele sunt amare şi alunecoase la pipăit.

Denumirea de acid provine din latinescul acere (ȋnţepător,

acidulat). Denumirea de bază este controversată şi putin

probabil să provină din termenul latin bassus (jos), iar

denumirea de alcalii provine din arabul al-qily (cenuşa

plantelor – aceasta conţinând carbonat de sodiu şi de potasiu). 2

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

Reacţii cu transfer de protoni

acizi şi baze Brønsted – Lowry

Primul acid izolat (ȋn jurul anului 1200) a fost acidulsulfuric, obţinut prin ȋncălzirea vitriolului verde(FeSO4∙7H2O) şi condensarea vaporilor ȋn apă.

Prin amestecarea acestuia cu azotat de potasiu şiȋncălzire se obţineau vapori care dizolvaţi ȋn apă formauacid azotic.

Prin adăugarea de clorură de amoniu se obţineaaqua regia (apa regală).

Primul care a ȋncercat să formuleze o teorie aacizilor şi bazelor a fost Antoine Lavoisier (1777), care aconsiderat că acizii sunt substanţe ce contin oxigen(numele de oxygen ȋnsemnând generator de acizi).

3

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

Abia ȋn 1810 Davy a demonstrat că nu toţi acizii conţinoxigen ȋn molecula lor şi nu toate substanţele ce conţin oxigenȋn moleculă prezintă şi proprietăţi acide.

Abia peste mulţi ani Justus Liebig a propus ca doaracele substanţe ȋn care hidrogenul poate fi ȋnlocuit cu un metalsă fie considerate acizii.

Această definiţie a fost considerată bună până cândSvante Arrhenius, ȋn 1887, ȋn susţinerea tezei de doctorat, apoiȋn articolele publicate ȋn 1894 şi 1899, a menţionat faptul căacizii sunt substanţe ce dau nastere la ioni de hidrogen (H+) ȋnsoluţie, iar bazele sunt substanţe ce dau naştere la ioni hidroxid(principiul tezei de doctorat fiind acela că substanţele se găsescsub formă de ioni ȋn soluţie).

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

4

Anumite substanţe, precum Al(OH)3 sau ZnO au caracter

amfoter, adică reacţionează şi cu acizi si cu baze:

• Al(OH)3 + 3 HCl → AlCl3 + 3 H2O

• Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4]

• ZnO + 2 HCl → ZnCl2 + H2O

• ZnO + 2 NaOH + H2O → Na2[Zn(OH)4]

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

5

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

6

O

HH

H+

O

H

H

O

H

H

O

H

H

In apă protonul nu există ca atare ci legat de o moleculă de apă sub forma H3O+.

Deoarece există trei atomi de hidrogen echivalenţi ȋntr-o astfel de moleculă, rezultă că

transferul protonului este foarte rapid ȋn cursul reacţiilor acid-baza.

Procesul de tunelare al protonului in apa

• Ecuatia unei reacţii acid bază propusă de Brønsted are

forma generală:

Acid1 + Baza2 Baza1 + Acid2

• unde Baza1 reprezintă baza conjugată a Acid1 iar Acid2

reprezintă acidul conjugat al Baza2. De asemenea ȋnsă

aceste perechi se pot considera şi ȋn mod invers,

neexistand o deosebire fundamentală ȋntre acid şi acid

conjugat sau bază şi bază conjugata.

• Exemplu: CH3COOH + HO- → CH3COO- + H2O

Acid1 + Baza2 → Baza1 + Acid2

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

7

Acizi şi baze conjugate

Clasificarea unei substanţe ca acid sau bază depinde de

reacţia la care participă. HSO4- (ionul sulfat acid) este acid

fată de NaOH, dar este bază fata HClO4.

HO- este o bază conjugată a apei, dar este ȋn acelaşi timp şi

acidul conjugat al O2-.

• NaHSO4 + NaOH → Na2SO4 + H2O

HSO4- este acid în aceastǎ reacţie

• NaHSO4 + HClO4 → H2SO4 + NaClO4

HSO4- este bazǎ în aceastǎ reacţie.

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

8

In apă cel mai tare acid este specia H3O+ şi cea mai tare

bază este specia HO-.

Indiferent de natura substanţelor dizolvate ȋn apă, acidul

cel mai tare rămâne H3O+ şi cea mai tare bază va fi HO-.

Acizii tari ȋn apă disociaza total şi deci se găsesc sub

forma A- + H3O- (nu există sub forma nedisociată HA ȋn

apă).

Deci spre exemplu ȋn apă nu se poate face diferenţă ȋntre

tăria a doi acizi precum HI şi H2SO4. Pentru aceasta avem

nevoie de un solvent mai acid care să-i diferenţieze.

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

9

Efectul de nivelare al apei

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

10

Tipuri de acizi şi baze. Variatia aciditatii Brønsted.• Există doua mari clase de acizi. Acizii ȋn care atomul de

hidrogen este legat de oxigen şi acizii ȋn care atomul de

hidrogen este legat direct de un element “central” (hidracizii).

• Dacă numarul hidracizilor este mic (existând cate un hidracid

pentru fiecare element din grupele 6 şi 7) numărul oxiacizilor

este impresionant mai mare.

• Pentru hidracizi aciditatea creşte ȋn perioadă de la stânga la

dreapta, pe măsură ce elementul posedă un caracter mai

electronegativ, iar ȋn grupă aciditatea creşte de sus ȋn jos pe

măsură ce creşte volumul atomic, legătura formată fiind din ce

ȋn ce mai slabă şi deci protonul poate fi cedat mai uşor. Cel mai

puternic hidracid este HI. Deşi HF atacă sticla, acesta este

considerat un acid slab.

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

11

1. Aquaacizii – protonul acid este conţinut de o moleculă de apă coordinata la

un ion metalic central:

E(OH2)aq + H2O [E(OH)]- + H3O+ ;

spre exemplu [Fe(OH2)6]3+ - aquaacidul hexaaqua fier (III).

Tăria acestor acizi este influenţată de sarcina ionului metalic şi raza acestuia.

[FeII(H2O)6]2+ este un acid mai slab faţă de [FeIII(H2O)6]3+. Sarcina mai mare

şi volumul mai mic pentru ionul Fe(III) face ca legătura Fe-O să fie mai

puternică şi slăbeşte legătura O-H, ȋn consecinţa protonul este cedat mai

usor.

2. Hidroxiacizii – protonul acid este situat la o grupare –OH fără a exista şi

grupări =O (oxo): Si(OH)4 – acidul silicic; B(OH)3 – acidul boric

3. Oxiacizii – protonul acid se află la o grupare –OH ȋn vecinatatea căreia se

găsesc una sau mai multe grupari oxo: H2SO4, HNO3, HClO4. Tăria

oxiacizilor creşte pe măsură ce elementul central are o stare de oxidare mai

mare, mai multe grupari oxo (atrag electronii de pe atomul central) şi un

volum mai mic. In consecinţa tăria oxiacizilor creşte ȋn perioadă de la stânga

la dreapta şi ȋn grupă de jos ȋn sus.

Exista trei clase de acizi ce contin grupări hidroxilice

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

12

Regulile lui Pauling privitoare la aciditate:

• pKa ~ 8 – 5p pentru acizi de forma OpE(OH)q

• pentru pKa-uri succesive (q>1) valorile cresc cu 5 unitati

In consecinţă hidroxiacizii neutri cu p = 0 au valori

pKa ~ 8, oxiacizii cu o grupare oxo au valori pKa ~ 3, iar cei

cu două grupări oxo au pKa ~ -2. In baza acestor reguli au

putut fi determinate anomalii structurale (existenţa atomilor

de hidrogen legaţi direct de atomul central de exemplu). In

consecinţă, oxiacidul cel mai tare este HClO4 cu o valoare

pKa calculată conform regulilor lui Pauling pKa = -7

(valoarea reală este -8).

Acizii şi bazele se pot împǎrţi şi dupǎ numǎrul de

protoni cedaţi sau acceptaţi:

- acizi monoprotici – HCl; HNO3; HF; HClO4;

- acizi diprotici – H2SO4; HOOC-COOH; H2CO3;

- acizi tri- şi poliprotici – H3PO4; C6H8O7 (acidul citric);

- baze monoacide – NaOH, NH4OH;

- baze diacide – Mg(OH)2; Ca(OH)2;

- baze triacide – Al(OH)3)

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

13

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

14

Clasificarea acizilor şi bazelor dupǎ sarcina electricǎ

Acizi

neutri

HCl, H2SO4, CH3-COOH, etc.;

HCl + H2O H3O+ + Cl-

A1 B2 A2 B1

anioniciHSO , H2PO , HPO , etc.

HSO + H2O H3O+ + SO

cationici

H3O+, NH , etc.

H3O+ + NH3 H2O + NH

A1 B2 B1 A2

Baze

neutreNH3, H2O

NH3 + HCl NH + Cl-

anionice

HO-, Cl-, SO , H2PO , HCO , CO , etc.

HSO-4 + H+

H2SO4

cationice H3N+-CH2- CH2-CH2-NH2

442

442

4

44

42

443

2

3

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

15

Superacizii

Prin modificarea structurii anumitor acizi se poate modifica

tǎria acestora, obţinându-se în general acizi cu o tǎrie

superioara.

Astfel se poate modifica şi tǎria unor acizi organici, precum

acidul acetic. Prin introducerea unor atomi puternic

electronegativi care sǎ atragǎ electronii (cum ar fi F sau Cl)

se poate creşte aciditatea:

S

O

O

O

O

H

H

S

O

O

O

F

H

S

O

O

O

C

H

F

FF