Il acidi sono composti con un'alta tendenza a donare protoni o ad accettare una coppia di elettroni. Esistono molte definizioni (Bronsted, Arrhenius, Lewis) che caratterizzano le proprietà degli acidi e ciascuna di esse è integrata per costruire un'immagine globale di questo tipo di composti..
Dal punto di vista di cui sopra, tutte le sostanze conosciute possono essere acide, tuttavia, solo quelle che si distinguono molto al di sopra delle altre sono considerate come tali. In altre parole: se una sostanza è un donatore di protoni estremamente debole, rispetto all'acqua, ad esempio, si può dire che non è un acido.
Stando così le cose, cosa sono esattamente gli acidi e le loro fonti naturali? Un tipico esempio di questi può essere trovato all'interno di molti frutti: come gli agrumi. Le limonate hanno il loro sapore caratteristico dovuto all'acido citrico e ad altri componenti.
La lingua può rilevare la presenza di acidi, proprio come fa con altri sapori. A seconda del livello di acidità di questi composti, il gusto diventa più intollerabile. In questo modo, la lingua funziona come un misuratore organolettico per la concentrazione di acidi, in particolare la concentrazione di ione idronio (H3O+).
D'altra parte, gli acidi non si trovano solo nel cibo, ma anche negli organismi viventi. Allo stesso modo, i terreni presentano sostanze che possono caratterizzarli come acidi; questo è il caso dell'alluminio e di altri cationi metallici.
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Quali caratteristiche deve avere un composto, secondo le definizioni esistenti, per essere considerato acido??
Deve essere in grado di generare ioni H.+ e OH- quando si dissolve in acqua (Arrhenius), deve donare protoni ad altre specie molto facilmente (Bronsted) o, infine, deve essere in grado di accettare una coppia di elettroni, caricandosi negativamente (Lewis).
Tuttavia, queste caratteristiche sono strettamente correlate alla struttura chimica. Quindi, imparando ad analizzarlo, è possibile dedurre la sua forza di acidità o di una coppia di composti, quale dei due è il più acido..
Gli acidi hanno un sapore, vale la pena ridondanza, acidi e il loro odore spesso brucia le narici. Sono liquidi con una consistenza appiccicosa o oleosa e hanno la capacità di cambiare il colore della cartina di tornasole e dell'arancio metilico in rosso (Proprietà degli acidi e delle basi, S.F.).
Nel 1923, il chimico danese Johannes Nicolaus Brønsted e il chimico inglese Thomas Martin Lowry, introdussero la teoria di Brønsted e Lowry affermando che qualsiasi composto in grado di trasferire un protone a qualsiasi altro composto è un acido (Encyclopædia Britannica, 1998). Ad esempio nel caso dell'acido cloridrico:
HCl → H+ + Cl-
La teoria di Brønsted e Lowry non spiegava il comportamento acido di alcune sostanze. Nel 1923 il chimico americano Gilbert N. Lewis introdusse la sua teoria, in cui un acido è considerato come un qualsiasi composto che, in una reazione chimica, è in grado di unire una coppia di elettroni non condivisi in un'altra molecola (Encyclopædia Britannica, 1998).
In questo modo, ioni come CuDue+, fedeDue+ e la fede3+ Hanno la capacità di legarsi con coppie di elettroni liberi, ad esempio dall'acqua per produrre protoni nel modo:
CuDue+ + 2HDueO → Cu (OH)Due + 2H+
Per la molecola di metano, CH4, nessuno dei suoi idrogeni è elettronicamente carente. Questo perché la differenza di elettronegatività tra carbonio e idrogeno è molto piccola. Ma, se uno degli atomi di H fosse sostituito da uno di fluoro, ci sarebbe un cambiamento evidente nel momento di dipolo: HDueFC-H.
H sperimenta uno spostamento della sua nuvola di elettroni verso l'atomo adiacente legato a F, che è lo stesso, δ + aumenta. Di nuovo, se un'altra H viene sostituita da un'altra F, la molecola sarà simile a: HFDueC-H.
Ora δ + è ancora più alto, poiché sono due atomi di F altamente elettronegativi, che sottraggono densità elettronica da C, e quest'ultima, di conseguenza, da C H. Se il processo di sostituzione continuasse, si otterrebbe finalmente: F3C-H.
In quest'ultima molecola H presenta, come conseguenza dei tre atomi di F vicini, una marcata carenza elettronica. Questo δ + non passa inosservato a nessuna specie abbastanza ricca di elettroni da spogliarlo H e quindi F3CH si carica negativamente:
F3C-H + : N- (specie negativa) => F3C:- + HN
L'equazione chimica sopra può anche essere considerata in questo modo: F3CH dona un protone (H.+, il H una volta distaccato dalla molecola) a: N; o, F3CH guadagna una coppia di elettroni da H poiché un altro paio è stato donato a quest'ultimo da: N-.
Quanto F3C:- è presente nella soluzione? Oppure quante molecole di F3CH può donare acido idrogeno a N? Per rispondere a queste domande, è necessario determinare la concentrazione di F3C:- o da HN e, usando un'equazione matematica, stabilisci un valore numerico chiamato costante di acidità, Ka.
Più molecole di F3C:- o HN vengono prodotti, più acido sarà F3CH e più grande è Ka. In questo modo, Ka aiuta a chiarire, quantitativamente, quali composti sono più acidi di altri; e, allo stesso modo, scarta come acidi quelli i cui Ka sono di un ordine estremamente piccolo.
Alcuni Ka possono avere valori intorno a 10-1 e 10-5, e altri, valori milionesimi più piccoli come 10-quindici e 10-35. Si può quindi affermare che questi ultimi, avendo dette costanti di acidità, sono acidi estremamente deboli e possono essere scartati come tali..
Quindi quale delle seguenti molecole ha il Ka più alto: CH4, CH3F, CHDueFDue o CHF3? La risposta sta nella mancanza di densità elettronica, δ +, nei loro idrogeni..
Ma quali sono i criteri per standardizzare le misurazioni Ka? Il suo valore può variare enormemente a seconda di quale specie riceverà l'H+. Ad esempio, se: N è una base forte, Ka sarà grande; ma se, al contrario, è una base molto debole, Ka sarà piccola.
Le misurazioni Ka vengono effettuate utilizzando la più comune e la più debole di tutte le basi (e gli acidi): l'acqua. A seconda del grado di donazione di H.+ alle molecole H.DueOppure, a 25ºC e alla pressione di una atmosfera, vengono stabilite le condizioni standard per determinare le costanti di acidità per tutti i composti.
Da ciò nasce un repertorio di tabelle delle costanti di acidità per molti composti, sia inorganici che organici..
Gli acidi hanno atomi o unità (anelli aromatici) altamente elettronegativi nelle loro strutture chimiche che attraggono densità di elettroni dagli idrogeni circostanti, facendoli così diventare parzialmente positivi e reattivi a una base.
Una volta che i protoni donano, l'acido si trasforma in una base coniugata; cioè una specie negativa in grado di accettare H+ o donare un paio di elettroni. Nell'esempio della molecola CF3H la sua base coniugata è CF3-:
CF3- + HN <=> CHF3 + : N-
Sì CF3- è una base coniugata molto stabile, l'equilibrio sarà spostato più a sinistra che a destra. Inoltre, più è stabile, più l'acido sarà reattivo e acido..
Come fai a sapere quanto sono stabili? Tutto dipende da come gestiscono la nuova carica negativa. Se possono delocalizzarlo o diffondere la densità elettronica in aumento in modo efficiente, non sarà disponibile per l'uso nel legame con la base H..
Non tutti gli acidi hanno idrogeni carenti di elettroni, ma possono anche avere altri atomi in grado di accettare elettroni, con o senza una carica positiva..
Com'è? Ad esempio, in trifluoruro di boro, BF3, l'atomo B manca di un ottetto di valenza, quindi può formare un legame con qualsiasi atomo che gli dia una coppia di elettroni. Se un anione F- rotondo nelle sue vicinanze si verifica la seguente reazione chimica:
BF3 + F- => BF4-
D'altra parte, cationi metallici liberi, come Al3+, ZnDue+, N / A+, ecc., sono considerati acidi, poiché dal loro ambiente possono accettare legami dativi (di coordinazione) di specie ricche di elettroni. Inoltre reagiscono con gli ioni OH- precipitare come idrossidi metallici:
ZnDue+(aq) + 2OH-(ac) => Zn (OH)Due(S)
Tutti questi sono noti come acidi di Lewis, mentre quelli che donano protoni sono acidi di Bronsted..
Più precisamente, quando un acido si dissolve in un solvente qualsiasi (che non lo neutralizza in modo apprezzabile), genera soluzioni con un pH inferiore a 3, sebbene inferiori a 7 siano considerati acidi molto deboli..
Questo può essere verificato utilizzando un indicatore acido-base, come fenolftaleina, indicatore universale o succo di cavolo viola. Quei composti che trasformano i colori a quelli indicati per il pH basso, vengono trattati come acidi. Questo è uno dei test più semplici per determinarne la presenza..
Lo stesso può essere fatto, ad esempio, per diversi campioni di terreno provenienti da diverse parti del mondo, determinando così i loro valori di pH per, insieme ad altre variabili, caratterizzarli..
E infine, tutti gli acidi hanno un sapore aspro, purché non siano così concentrati da bruciare irreversibilmente i tessuti della lingua..
Arrhenius, nella sua teoria, propone che gli acidi, essendo in grado di generare protoni, reagiscano con l'idrossile delle basi per formare sale e acqua nel modo seguente:
HCl + NaOH → NaCl + HDueO.
Questa reazione è chiamata neutralizzazione ed è alla base della tecnica analitica chiamata titolazione (Bruce Mahan, 1990).
Gli acidi sono classificati in acidi forti e acidi deboli. La forza di un acido è associata alla sua costante di equilibrio, quindi, nel caso degli acidi, queste costanti sono chiamate costanti di acidità Ka.
Pertanto, gli acidi forti hanno una grande costante acida, quindi tendono a dissociarsi completamente. Esempi di questi acidi sono l'acido solforico, l'acido cloridrico e l'acido nitrico, le cui costanti acide sono così grandi che non possono essere misurate in acqua..
D'altra parte, un acido debole è quello la cui costante di dissociazione è bassa, quindi è in equilibrio chimico. Esempi di questi acidi sono l'acido acetico e l'acido lattico e l'acido nitroso le cui costanti di acidità sono dell'ordine di 10-4. La figura 1 mostra le diverse costanti di acidità per diversi acidi.
Tutti gli alogenuri di idrogeno sono composti acidi, soprattutto se disciolti in acqua:
-HF (acido fluoridrico).
-HCl (acido cloridrico).
-HBr (acido bromidrico).
-HI (acido iodico).
Gli ossoacidi sono le forme protonate di ossoanioni:
HNO3 (l'acido nitrico).
HDueSW4 (acido solforico).
H3PO4 (acido fosforico).
HClO4 (acido perclorico).
I super acidi sono la miscela di un forte acido di Bronsted e un forte acido di Lewis. Una volta mescolati formano strutture complesse dove, secondo alcuni studi, l'H+ "Salta" dentro di loro.
Il loro potere corrosivo è tale che sono miliardi di volte più forti di H.DueSW4 concentrato. Sono utilizzati per rompere le molecole di grandi dimensioni presenti nel petrolio greggio, in molecole più piccole, ramificate e con un grande valore economico aggiunto..
-BF3/ HF
-SbF5/ HF
-SbF5/ HSO3F
-CF3SW3H
Gli acidi organici sono caratterizzati dall'avere uno o più gruppi carbossilici (COOH) e tra questi ci sono:
-Acido citrico (presente in molti frutti)
-Acido malico (da mele verdi)
-Acido acetico (da aceto commerciale)
-Acido butirrico (dal burro rancido)
-Acido tartarico (dai vini)
-E la famiglia degli acidi grassi.
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