ACIZI SI BAZE
Acizi si baze
Pentru a putea sa intelegem
natura in toata complexitatea ei, se impune studiul acesteia din perspectiva
mai multor stiinte: chimie, fizica, biologie, geologie etc. In ansamblul acestora, chimia prezinta prezinta
particularitatea de a studia nu doar compusii naturali si transformarile lor,
ci si numarul tot mai mare de compusi care nu exista in natura.
Chimia este o stiinta experimentala, care se dezvolta pe baza metodei
stiintifice.
Chimistul isi propune sa inteleaga natura, sa o protejeze si sa obtina
compusi utili valorificand materii prime naturale.
Acizii si bazele sunt doua clase de compusi extrem de importante in
intreaga chimie. Reactii acido-bazice intalnim in viata de toate zilele,
in industrie sau in laborator, in procesele biochimice, etc.
Acesti compusi au fost identificati inca din cele mai vechi timpuri.
Teorii, definitii ale acestor compusi au fost date de catre S. Arrhenius, de J.
Bronsted si T.M. Lowry.
Reunind toate aceste informatii, haideti sa vedem ce sunt de fapt acesti compusi,
la ce folosesc ei si cat sunt de importanti pentru organismul uman.
2.
Acizii
In
timpul vietii, la scoala sau in afara scolii, se intalneste adesea notiunea de
acid. Daca analizam compozitia unui acid, putem observa ca in molecula sa intra
unul sau mai multi atomi de hidrogen, care pot fi inlocuiti de metale cu
formare de saruri.
2.1.
Definitia acizilor
Acizii sunt substante compuse in a
caror compozitie intra, pe langa atomi ai nemetalelor, unul sau mai multi atomi
de hidrogen, care pot fi substituiti cu atomi de metal, dand nastere la saruri.
Conform
definitiei, substantele chimice care au forma HBr, HI, HCl.
2.2.
Clasificarea acizilor
2.2.1.
Dupa compozitie, acizii se
clasifica in :
Ø hidracizi – contin in molecula lor doar atomi de hidrogen si de
nemetal ;
Ø oxiacizi – contin in molecula lor, pe langa atomi de hidrogen si nemetal,
si atomi de oxigen .
2.2.2.
Dupa numarul atomilor de
hidrogen, care pot fi inlocuiti cu metale, acizii se impart in 3 grupe :
Ø monobazici ;
Ø dibazici ;
Ø tribazici .
2.3.
Denumirea acizilor
2.3.1.
Denumirea hidracizilor se
formeaza din termenul acid urmat de numele nemetalului, la care se adauga
sufixul HIDRIC.
2.3.2.
Denumirea oxiacizilor in care
nemetalul are valenta inferioara, se formeaza din termenul acid urmat de numele
nemetalului, la acre se adauga sufixul OS.
2.3.3.
Denumirea oxiacizilor in care
nemetalul are valenta maxima, se formeaza din termenul acid urmat de numele
nemetalului la care se adauga sufixul IC.
2.4.
Radicalul acid
Din reactiile chimice la care
participa acizii, se observa ca in moleculele acestora, pe langa atomi de
hidrogen, se gasesc si atomi sau grupe de atomi, care in timpul reactiilor se
pastreaza neschimbate.
2.4.1.
Definitia radicalului acid
Atomul
sau grupul de atomi care intra in compozitia moleculelor acizilor si care in
reactiile chimice raman neschimbati, se numesc radicali acizi.
Radicalul
acid provine prin eliminarea totala sau partiala a atomilor de hidrogen din
molecula acidului si se noteaza cu A.
2.4.2.
Valenta radicalului acid
Valanta radicalului acid este
determinata de numarul atomilor de hidrogen, care sunt substituiti sau
eliminati din molecula acidului.
2.5.
Formula generala a acizilor
Formula generala a acizilor
este HmA. Daca inlocuim pe A cu radicalii cunoscuti si pe m cu
valenta acestora, se pot obtine formulele acizilor.
Ex. : Pentru
A=Cl(I), avem HCl
2.6.
Metode generale de obtinere a acizilor
2.6.1.
Hidracizii se pot obtine prin
sinteza.
2.6.2.
Oxiacizii se pot obtine din
oxizii acizi prin reactie cu apa.
Cea mai frecventa metoda de laborator,
utilizata si pentru hidracizi si pentru oxiacizi, consta in tratarea sarurilor
cu acizi mai puternici.
2.7.
Proprietatile acizilor
2.7.1.
Proprietati fizice
Acizii sunt substante gazoase, lichide
sau solide. Se dizolva in apa, formand solutii cu gust acrisor si sunt bune
conducatoare de electricitate.
Ø Actiunea acizilor asupra indicatorilor
Acizii inrosesc solutia de turnesol,
iar fenolftaleina ramane incolora in mediul acid.
2.7.2.
Proprietati chimice
Ø Reactia acizilor cu metalele
Acizii reactioneaza cu unele metale,
formand saruri si eliberand hidrogenul.
Zn + HCl = ZnCl2 + H↑
Ø Reactia acizilor cu oxizii metalelor
Acizii reactioneaza cu oxizii bazici,
formand saruri si apa.
CuO + 2HCl = CuCl2 + H↑
Ø Reactia de neutralizare
Acizii reactioneaza cu bazele,
formand saruri si apa, conform reactiei generale : acid + baza = sare + apa
HCl + NaOH = NaCl + H2O
Ø Reactia acizilor cu sarurile
Din reactiile acizilor cu sarurile se obtin acizi si
saruri noi.
HCl + AgNO3 = AgCl↓ + HNO3
2.8.
Importanta si utilizarile acizilor
Importanta
acizilor este atat de mare incat prezentarea utilizarilor nu pote fi usor
epuizata.
Acidul
clorhidric se foloseste la obtinerea in laborator a hidrogenului, clorului, a
clorurilor si acizilor mai slabi. De asemenea, se foloseste si in industriile
colorantilor, medicamentelor, pielariei, textilelor si maselor plastice.
Acidul
sulfuric(vitriol) este considerat sangele industriei. Se foloseste la obtinerea
sulfatilor, a ingrasamintelor chimice, a hidracizilor si a oxiacizilor, in
industria farmaceutica.
Acidul azotic are largi
utilizari in industria ingrasamintelor chimice, a explozivilor, a colorantilor,
a firelor si fibrelor sintetice.
3. Bazele
Cele mai
intalnite baze sunt in general NaOH, Ca(OH)2, etc.
In
compozitia fiecarei baze intra un atom de metal si una sau mai multe grupari
OH, numite oxidril sau hidroxil. Gruparea hidroxil este monovalenta (-OH),
deoarece se obtine din apa, prin eliminarea unui atom de hidrogen.
3.1.
Definitia bazelor
Bazele sunt substante compuse in a
caror compozitie intra un atom de metal si un nr. De grupari hidroxil, egal cu
valenta metalului.
3.2.
Clasificarea bazelor
Dupa solubilitatea in apa, bazele
se clasifica in 2 categorii :
Ø baze solubile ;
Ø baze insolubile sau greu solubile.
3.3.
Denumirea bazelor
Denumirea bazelor se
formeaza din termenul hidroxid, urmat de numele metalului. Atunci cand metalul
prezinta valenta variabila si formeaza mai multi hidroxizi, la numele metalului
se adauga valenta acestuia.
3.4.
Formula generala a bazelor
Formula generala a bazelor
este M(OH)n .
Dupa formula generala,
bazele metalelor monovalente sunt de forma MOH, a celor divalente M(OH)2,
a celor trivalente M(OH)3etc.
3.5.
Metode generale de obtinere a bazelor
3.5.1.
Bazele solubile se obtin in
laborator prin 2 metode :
Ø reactia metalelor puternic
electropozitive cu apa ;
Ø reactia oxizilor metalici cu
apa.
3.5.2.
Bazele greu solubile in apa se
obtin prin reactia de schimb intre o sare solubila si o baza alcalina.
3.6.
Proprietatile bazelor
3.6.1.
Proprietati fizice
Bazele solubile si insolubile sunt
substante solide, albe sau colorate. Solutiile bazelor solubile sunt lesioase
si lunecoase la pipait, vatama pielea si organismul.
Ø Actiunea bazelor asupra indicatorilor
Toate bazele solubile albastresc
turnesolul si inrosesc fenolftaleina, proprietati folosite la identificarea
bazelor.
3.6.2.
Proprietati chimice
Ø Reactia de neutralizare
Toate bazele reactioneaza cu acizii,
formand saruri si apa.
NaOH + HCl = NaCl + H2O
Ø Reactia bazelor cu oxizii acizi
Bazele reactioneaza cu oxizii acizi,
formand saruri si apa.
Ca(OH)2+ CO2 = CaCO3↓ + H2O
Ø Reactia bazelor cu sarurile
Bazele solubile reactioneaza cu sarurile si formeaza baze
si saruri noi.
2NaOH + FeCl2 =
2NaCl + Fe(OH)2
3.7.
Importanta si utilizarile bazelor
Bazele
substantelor alcaline NaOH si KOH, constituie reactivi folositi frecvent in
laboratoare. In industrie, hidroxidul de sodiu este utilizat la fabricarea
sapunului, la obtinerea fibrelor artificiale, la mercerizarea bumbacului, la
fabricarea sodei de rufe.
Hidroxidul de
calciu este o substanta de prima importanta in industrie si in constructii.
Laptele de var, solutie care se obtine prin dizolvarea hidroxidului de calciu
in apa, se foloseste la varuirea cladirilor, la obtinerea mortarului etc. Apa
de var se foloseste in industria zaharului, in medicina si pentru recunoasterea
dioxidului de carbon in laborator.
4. Teoria transferului de protoni
In teoria clasica a disociatiei
electrolitice, un acid se defineste ca o specie chimica ce da nastere, la
dizolvarea in apa, unui ion de hidrogen, iar o baza, ca o specie ce da nastere,
in acelasi dizolvant, unui ion de hidroxil. In afara de faptul ca aceasta
definitie limiteaza fenomenul la solutii apoase, ea este cu totul improprie
pentru o reprezentare cantitativa a catalizei prin acizi si baze. De altfel,
ionii de hidrogen, adica protoni fara invelis de electroni, desi pot avea o
viata trecatoare in stare gazoasa, nu pot exista liberi in solutie apoasa(si
nici in alti dizolvanti), din cauza tendintei lor extreme de a se combina in
moleculele apei, sub forma de ioni de hidroniu si, in mod similar, cu
moleculele altor dizolvanti.
In anul 1923, chimistul suedez J.
Bronsted si chimistul englez T. M. Lowry au propus definitii, cu caracter mai
general, pentru acizi si baze.
Conform teoriei Bronsted-Lowry, acizii
sunt substante capabile de a ceda unul sau mai multi protoni. Dupa nr.
protonilor pe care îi pot ceda, acizii se clasifica in mono-, di- si
poliprotolitici.
Bazele sunt substante capabile de a
accepta unul sau mai multi protoni. Bazele pot fi mono- sau poliacide.
4.1.
Acizi si baze conjugate
Acizii conjugati si bazele conjugate
nu se comporta diferit de alti acizi si alte baze( termenul conjugat, in acest
context, inseamna asociat).
4.1.1.
Definitia acidului conjugat
Un acid conjugat unei baze Bronsted
este un acid Bronsted format la acceptarea de catre baza a unui proton.
4.1.2.
Definitia bazei conjugate
O baza
conjugata unui acid Bronsted este o baza Bronsted formata la cedarea de catre
acid a unui proton.
Un acid
si baza conjugata pe care o formeaza prin transferul unui proton, constituie o
pereche acid-baza conjugata.
Protonii nu pot exista liberi in
solutie apoasa. Cand un acid cedeaza un proton, este necesara existenta in
mediul de reactie a unei baze care sa-l accepte. Intr-o reactie acido-bazica
participa 2 perechi acid-baza conjugate.
4.2. Tabel
cu acizi si baze conjugate
|
Acid
|
Baza
|
|||
|
Acid percloric
|
HCIO4
|
CIO4‾
|
Ion perclorat
|
|
|
Acid sulfuric
|
H2SO4
|
HSO4‾
|
Ion sulfat
|
|
|
Acid iodhidric
|
HI
|
I‾
|
Ion iodura
|
|
|
Acid bromhidric
|
HBr
|
Br‾
|
Ion bromura
|
|
|
Acid clorhidric
|
HCl
|
Cl‾
|
Ion clorura
|
|
|
Acid azotic
|
HNO3
|
NO3‾
|
Ion azotat
|
|
|
Ion hidroniu
|
H30+
|
H2O
|
Apa
|
|
|
Ion sulfat acid
|
HSO4‾
|
SO42‾
|
Ion sulfat
|
|
|
Acid fosforic
|
H3PO4
|
H2PO4‾
|
Ion fosfat acid
|
|
|
Acid fluorhidric
|
HF
|
F‾
|
Ion fluorura
|
|
|
Acid azotos
|
HNO2
|
NO2‾
|
Ion azotit
|
|
|
Acid acetic
|
CH3CO2H
|
CO3CO2‾
|
Ion acetat
|
|
Acid carbonic
|
H2CO3
|
HCO3‾
|
Ion carbonat acid
|
|
Hidrogen sulfurat
|
H2S
|
HS‾
|
Ion sulfura acida
|
|
|
Ion amoniu
|
NH4+
|
NH3
|
Amoniac
|
|
|
Acid cianhidric
|
HCN
|
CN-
|
Ion cianura
|
|
|
Ion carbonatacid
|
HCO3‾
|
CO3²‾
|
Ion carbonat
|
|
|
Ion sulfura acida
|
HS‾
|
S‾2
|
Ion sulfura
|
|
|
Apa
|
H2O
|
OH‾
|
Ion hidroxid
|
|
|
Amoniac
|
NH3
|
NH2‾
|
Ion amidura
|
|
|
Hidrogen
|
H2
|
H‾
|
Ion hidrura
|
|
5.
Caracter amfoter
Notiunea de acid sau baza nu se refera la un anume
tip de substante, ci la modul de comportare al unei substante in raport cu alta
substanta.
Moleculele de apa reactioneaza atat cu acizii cat
si cu bazele, apa fiind cea mai simpla substanta amfotera. In raport cu un acid
se comporta ca o baza, iar in raport cu o baza se comporta ca un acid.
Substantele
amfotere(amfolitii) sunt substante care se prezinta ca baze in mediul acid si
ca acizi in mediul bazic.
Un acid pune in
libertate acizii mai slabi decat el din sarurile lor. O baza pune in libertate
bazele mai slabe decat ea din sarurile lor.
6. Produsul ionic al apei
Apa este un amfoter acido-bazic,
deoarece, conform teoriei Bronsted-Lowry, o molecula de apa cu rol de acid
poate ceda un proton unei alte molecule de apa, cu rol de baza.
Moleculele de apa pot ioniza conform
ecuatiei 2H2O ↔OH‾ + H2O, rezultand Ke =
[OH‾]ּ[H3O+]/ [H2O]²
Deoarece
ionizarea apei este foarte redusa, concentratia in molecule de apa este
constanta si poate fi inglobata in Ke. Astfel, putem scrie:
Keּ[H2O]² =
[OH‾]ּ[H3O+] = KH2O,
unde KH2O este produsul ionic al
apei.
La temperatura camerei, acest produs are valoarea
constanta, adica produsul dintre ionii de hidroniu si ionii de hidroxil este
egal cu 10ˉ¹ mol²/l².
In apa
pura, nr. ionilor de hidroniu este egal cu nr. ionilor de hidroxil, adica este
egal cu 10‾ mol/l.
Prin
adaosul unei mici cantitati de acid, nr. ionilor de hidroniu din solutie
creste, iar echilibrul este perturbat. O parte din ionii de hidroniu se leaga
de gruparile hidroxil, pentru a stabili un nou echilibru. In acest caz, in
solutie, nr. ionilor de hidroniu este mai mare decat cel al gruparii hidroxil,
iar concentratia H+ este mai mare decat 10‾ .
Adaugand
o cantitate de baza, echilibrul este si in acest caz perturbat. Un nr. de
grupari hidroxil introduse se vor uni cu ionii de hidroniu din solutie,
formandu-se moleculele de apa neionizate. Astfel, concentratia de ioni de
hidroniu va scadea. In solutie, concentratia ionilor de H+ va fi mai mica decat 10‾ .
6.1.
PH si POH
Caracterul acid sau bazic al unei
solutii este dat de concentratia in ioni de hidrogen si se exprima in nr. de
tipul 10‾ . Pentru o exprimare mai usoara, s-a introdus notiunea de pH.
PH-ul
unei solutii indica concentratia in ioni de hidrogen si se exprima prin
logaritmul cu semn schimbat al [H+]
[H+] = 10‾ ;
pH = -lg [H+]
POH-ul
este notiunea echivalenta cu pH-ul, dar referitoare la concentratia ionilor de
hidroxil.
7. Reactia de neutralizare
Reactia de neutralizare este una dintre cele mai
importante reactii chimice. Termanul este atribuit de obicei reactiei dintre un
acid si o baza.
Reactia de neutralizare este un caz particular al
reactiilor protolitice. Cand reactioneaza solutii apoase de acizi tari cu
solutii apoase de baze tari se combina ionii de hidroniu si ionii de hidroxil
pentru a forma apa. In acelasi timp se formeaza si o sare.
HCl + NaOH → NaCl + H2O
H++ Cl‾ +
Na++OH‾→Na++Cl‾+ H2O
H3O++ Cl‾+Na++OH‾→ Na++Cl‾+ 2H2O
Deoarece ionii de sodiu si de clor sunt prezenti
si in sarea care se formeaza, ecuatia se poate scrie si astfel : H3O++ OH‾→2H2O.
Daca la o cantitate de acid tare se adauga exact cantitatea
de baza tare necesara neutralizarii totale a acidului, caracterul mediului la
neutralizare este neutru, avand un pH = 7. Acest fenomen se poate pune in
evidenta cu ajutorul indicatorilor.
Cunoasterea proceselor ce au loc la neutralizarea
acizilor cu bazele are importanta deosebita mai ales in analiza chimica.
Reactiile de neutralizare stau la baza multor metode de analiza.
8.
Acizi tari si acizi slabi, baze tari si
baze slabe
Usurinta cu care se transfera protonii de la acizi
la baze, determina o diferentiere a comportamentului chimic al acestora.
In anul 1900, Arrhenius a demonstrat ca o solutie
conduce curentul electric cand in ea se formeaza particule incarcate electric,
numite ioni, care migreaza la electrodul de semn contrar. Ionii pozitivi, cationii,
sunt atrasi de catod, polul negativ ; ionii negativi, anionii, sunt atrasi
de anod, polul pozitiv.
Acizii, bazele si sarurile care formeaza ioni in
solutie apoasa sunt electroliti, a caror solutii conduc curentul electric.
Substantele care nu formeaza ioni in solutie se numesc neelectroliti si nu
conduc curentul electric.
Gradul de ionizare al unui electrolit este
raportul dintre nr. de molecule ionizate si nr. initial de molecule dizolvate.
Dupa gradul de disociere, electrolitii se
clasifica in electroliti tari si electroliti slabi. Electrolitul tare este o
substanta care in slutie apoasa este disociata total in ioni. Electrolitii tari
sunt acizii tari, bazele tari si sarurile.
Un electrolit slab este o substanta ale carei
molecule aflate in solutie ionizeaza in proportie mica. Electrolitii slabi sunt
acizii slabi si bazele slabe.
Acizii tari sunt acizii
care cedeaza usor protoni.
Acizii slabi sunt acizii
care cedeaza greu protoni.
Bazele tari sunt bazele
care accepta usor protoni.
Bazele slabe sunt bazele
care accepta greu protoni.
9.
Reactia de hidroliza a sarurilor
Se stie ca sarurile se pot clasifica in functie de
taria acizilor si bazelor de la care provin astfel :
Ø saruri provenite de la acizi tari si baze
tari ;
Ø saruri provenite de la acizi tari si baze
slabe ;
Ø saruri provenite de la acizi slabi si baze
tari ;
Ø saruri provenite de la acizi slabi si baze
slabe.
Echilibrele chimice la care participa apa ca
reactant se numesc reactii de hidroliza.
Reactiile de hidroliza sunt reactiile inverse
celor de neutralizare si au loc intre ionii sarii si ionii apei, la dizolvarea
sarii in apa.
Hidroliza sarurilor in apa este posibila atunci
cand in urma reactiei dintre ionii sarii si ionii apei, se obtine un electrolit
slab sau o substanta greu solubila.
10.
Solutii
tampon
Solutiile tampon sunt amestecuri de acizi si
bazele lor conjugate, in anumite proportii. Aceste solutii au proprietatea de
a-si modifica foarte putin pH-ul la adaugarea de cantitati mici de acid sau
baza.
Actiunea tampon este determinata de faptul ca
solutia contine un acid si o baza apartinand aceleiasi perechi si care pot
neutraliza baza, respectiv acidul adaugat.
10.1.
Importanta solutiilor tampon
Pentru multe procese chimice este important ca
valoarea pH-ului unei solutii sa nu se schimbe, chiar daca sunt adaugate
cantitati de acizi sau de baze tari. La nivel celular, in organismul uman,
participa acizi si baze ; valoarea pH-ului sangelui poate oscila intre 7,2
– 7,6.
De asemenea, procesele biochimice sunt controlate
de enzime, care au actiune optima doar in intervale mici de pH.
In terenurile arabile, ferile, au loc procese
biochimice intr-un interval relativ mic de pH.
In toate aceste cazuri, precum si in alte cazuri
similare, pastrarea constanta a pH-ului se face cu ajutorul solutiilor tampon.
11.
Importanta solutiilor acide si a celor
bazice pentru organismul uman
Pentru mentinerea constanta a pH-ului in mediul
intern, organismul uman foloseste ca mecanisme functionale neutralizarea
acizilor si a bazelor, eliminarea excesului de acizi si CO2.
Sangele este un exemplu care demonstreaza
importanta solutiilor tampon in organism. Orice modificare a de la valoarea
normala a sangelui, cuprinsa intre 7,35 si 7,45 a pH-ului, ar putea avea efecte
distrugatoare asupra stabilitatii membranelor celulare, a activitatii enzimelor
sau a structurii proteinelor.
In momentul in care pH-ul sangelui creste peste
7,45 se instaleaza o stare numita « alcaloza », iar atunci cand e sub
7,35 apare « acidoza » . Daca pH-ul scade sub 6,8 sau creste
peste 7,8 atunci poate surveni moartea organismului.
Cele mai importante solutii tampon din organismul
uman sunt sistemul acid carbonic – carbonat acid si sistemul fosfat monoacid –
fosfat diacid.
Un rol important in reglarea echilibrului
acido-bazic il au rinichii, care elimina excesul de acizi plasmatici. Lichidele
transcelulare au uneori valori diferite ale pH-ului, sucul gastric fiind
acid(pH = 1,5) iar lichidul intestinal alcalin(pH = 8).
Chimia este o stiinta indispensabila vietii.
Jean-Marie Lehn spunea ca « O lume intreaga este creata de mainile
chimistului… » De aceea, este foarte important sa cunoastem chimia.
« In mare parte, viata poate fi inteleasa
daca se exprima prin limbajul chimiei. Chimia e o limba internationala, o limba
pentru toate timpurile, o limba care explica de unde venim, ce suntem si
incotro ne indreptam. Limbajul chimic are o mare frumusete estetica si
face legatura intre stiintele fizice si stiintele biologice » Arthur Kornberg
BIBLIOGRAFIE
Ø Chimie – Manual pentru clasa a VIII - a
Editura didactica si pedagogica – Bucuresti – 1995
Ø Chimie – Manual pentru clasa a XI - a
Editura didactica si pedagogica – Bucuresti – 1988
Ø Chimie – Manual pentru clasa a X - a
Editura
All Educational – Bucuresti – 2000
Ø Internet
Comentarii
Trimiteți un comentariu