Capitolul 4:Echilibre acido-bazice Lectia 10 1.Acizi si baze in solutie apoasa Numele de acid si baza au fost folosite pentru prima data de O. Tachenius in secolul al XVII-lea. R. Boyle a incercat sa defineasca acizii si bazele folosindu-se de unele constatari experimentale: ACIZI BAZE - Substante cu gust acru ; - Substante cu gust lesietic; - Schimba culoara indicatorilor; - Schimba culoarea indicatorilor ; - Reactioneaza cu multe metale; - Unsuroase la pipait; - Se neutralizeaza cu bazele. - Se neutralizeaza cu acizii. Acizii se clasifica in : -acizi tari: H2SO4 acid sulfuric; HCl acid clorhidric; HNO3 acid azotic. -acizi slabi: HCN acid cianhidric; CH3COOH acid acetic. Bazele se clasifica in : -baze tari: NaOH hidroxid de natriu(sodiu); KOH hidroxid de potasiu; Ca(OH)2 hidroxid de calciu. -baze slabe: NH3 amoniac. De-a lungul timpului, notiunile de acid si baza s-au modificat. Teoria disociatiei electrolitice a lui Arrhenius defineste: Acizii sunt substante care, in solutii apoase pun in libertate ioni de hidrogen H+. Bazele sunt substante care, in solutii apoase pun in libertate ioni hidroxid HO─. In stare pura (in absenta apei),acizii si bazele nu sunt substante disociate si nu conduc curentul electric, sau il conduc foarte slab. In solutie apoasa sunt bune conducatoare de electricitate. Aceasta teorie a fost completata de W. Ostwald. Teoria protolitica a acizilor si bazelor elaborata de J.N. Brönsted si T.M. Lowry defineste: Acizii sunt substante capabile de a ceda protoni H+. Bazele sunt substante capabile de a accepta protoni H+. Cele doua reactii se implica reciproc; acidul cedand un proton se transforma in baza conjugata; baza acceptand un proton de la acid se transforma in acid conjugat: HA + H2O → A─ + H3O+ Acid apa baza ion conjugata hidroniu B + H2O → BH+ + HO─ Baza apa acid ion Conjugat hidroxid

Capitolul 4:Echilibre acido-bazice Lectia 10 Caracterul acido-bazic al unor solutii se determina cu substante care isi schimba culoarea in mediu acid sau bazic,numite indicatori acido-bazici.Schimbarea culorii indicatorilor este determinata de schimbarea structurii lor.

Denumire indicatorilor

Culoarea In mediu acid In mediu bazic

Fenolftaleina Incolor Rosu carmin Turnesol Rosu deschis Albastru

Acidul si baza care se genereaza reciproc prin transferul unui proton intre ei, sunt specii chimice conjugate; ele alcatuiesc un cuplu acid / baza conjugata (sau cuplu baza / acid conjugat), bine individualizat. Cateva exemple de cupluri acid / baza conjugata sunt date in urmatorul tabel: Acidul Rolul in cuplul acid / baza Baza Cuplul acid / baza

HCl acidul clorhidric

este acidul conjugat al bazei Cl─ HCl /Cl─

HCN acidul cianhidric

este acidul conjugat al bazei CN─ HCN / CN─

CH3COOH acidul acetic

este acidul conjugat al bazei CH3COO─ CH3COOH / CH3COO─

NH4+

ionul amoniu este acidul conjugat al bazei NH3 NH4

+ / NH3

Na+ ionul de sodiu

este acidul conjugat al bazei NaOH Na+ / NaOH

HSO4─

ionul sulfat acid este acidul conjugat al bazei SO4

2─ HSO4─ / SO4

2─

Cuplurile acid / baza conjugata (sau baza / acid conjugat) sunt cupluri acido-bazice. Protonul nu poate exista in stare libera in solutie deoarece el este o particula foarte mica si extrem de reactiva. In toate reactiile chimice protonul H+ cedat de acidul dintr-un cuplu acid / baza conjugata (de exemplu Acid1) este acceptat de o alta specie chimica, avand caracter de baza, din alt cuplu acid / baza conjugata a9de exemplu Baza2): Acid1 Baza1 + H+ Baza2 + H+ Acid2 se aduna echilibrele Acid1 + Baza2 Baza1 + Acid2 Se stabilesc astfel echilibre cu schimb de protoni in care se pot transfera unul sau mai multi protoni intre acidul dintr-un cuplu ( Acid1 / Baza1) si baza din alt cuplu (Acid2 / Baza2). Echilibrele cu schimb de protoni la care participa acidul dintr-un cuplu si baza din alt cuplu sunt echilibre acido-bazice sau reactii acido-bazice.

Capitolul 4:Echilibre acido-bazice Lectia 10 Exemplu: CH3COOH CH3COO─ + H+ cuplul CH3COOH / CH3COO─ acid1 baza1 NH3 + H+ NH4

+ cuplul NH4+ / NH3

baza2 acid2 se aduna echilibrele CH3COOH + NH3 CH3COO─ + NH4

+ acid1 baza2 baza1 acid2 2.Notiunile de pH si pOH Determinarile experimentale au aratat ca apa conduce foarte putin curentul electric,deoarece un numar foarte mic de molecule de apa ionizeaza: H2O HO─ + H+ Acid baza + H2O + H+ H3O+ Baza acid 2 H2O H3O+ + HO─ Baza1 acid1 Acid2 baza2 Amfolit acido-bazic Apa este un amfolit acido-bazic deoarece se comporta ca acid in prezenta unei baze si ca baza in prezenta unui acid. Constanta prin care se caracterizeaza echilibrul de ionizare a apei se numeste constanta de autoprotoliza sau constanta de ionizare a apei, notata cu Kw si egala, la 25ºC, cu 10-14 mol2/L2. Kw =[H3O+] · [HO-] = 10-14 mol2/L2 La 25ºC,in apa pura,concentratia ionilor hidroniu este egala cu concentratia ionilor hidroxil,adica: [H3O+] = [HO-]= √ Kw =10-7 mol/L Intrucat apa ionizeaza putin,concentratiile [H3O+] si [HO-] sunt foarte mici. Deoarece este greu sa se opereze cu valori numerice mici, in locul concentratiilor de [H3O+] si [HO-] se folosesc logaritmii zecimali ai acestora. Se introduc astfel notiunile de pH si pOH.

Capitolul 4:Echilibre acido-bazice Lectia 10 pH= ─ lg[H+] = ─lg[H3O+] EX: Daca [H+]= 10-x rezulta pH = x pOH = ─lg[HO-] EX: Daca [HO-] = 10-y rezulta pOH = y Prin insumarea marimilor pH si pOH se obtine: pH + pOH = ─lg [H3O+] · [HO-] pH + pOH = pKw pH + pOH = 14 sau x + y =14 Calcularea pH-ului solutiilor de acizi tari si de baze tari Acid tare monoprotic este acidul care pune in libertate un ion H+ si are pH-ul intre 0 si 5. Acid + H2O Baza + H3O+ [H3O+] = [Baza] =Cacid ; pH = ─lgCacid tare Baza tare monoprotica este baza care accepta un ion H+ si are pH-ul intre 9 si 14. Baza + H2O Acid + HO- [HO-] = [Acid] = Cbaza ; pOH = ─lgCbaza tare ,pH = 14 – pOH Reactia de neutralizare Reactia dintre un acid si o baza se numeste reactie de neutralizare. In urma reactiei dintre un acid si o baza se formeaza totdeauna o sare; cand baza este un hidroxid,din reactie rezulta o sare si apa. Ex: a. Acid tare si baza slaba: HCl + NH3 NH4Cl acid amoniac clorura clorhidric de amoniu b. Acid tare si baza tare: HCl + NaOH NaCl + H2O hidroxid clorura apa de sodiu de sodiu H2SO4 + Ca(OH)2 CaSO4 + 2H2O acid hidroxid sulfat sulfuric de calciu de calciu

Capitolul 4:Echilibre acido-bazice Lectia 10 c. Acid slab si baza tare : HCN + NaOH NaCN + H2O acid hidroxid cianura apa cianhidric de natriu de natriu d. Acid slab si baza slaba : CH3COOH + NH3 CH3COONH4 acid amoniac acetat de amoniu acetic