ACIZI SI BAZE

1. 2016 ACIZI SI BAZE

2. De la cele mai mici particule pana la cele mai complexe combinatii, natura din jurul nostru poate fi ”descompusa” si inteleasa cu ajutorul chimiei.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. 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. Clasificarea acizilor Dupa compozitie, acizii se clasifica in: hidracizi - contin in molecula lor doar atomi de hidrogen si de nemetal; oxiacizi - contin in molecula lor, pe langa atomi de hidrogen si nemetal, si atomi de oxigen. 1 | P a g e

3. Dupa numarul atomilor de hidrogen, care pot fi inlocuiti cu metale, acizii se impart in 3 grupe: acizi monobazici: HCl; Acizi dibazici: H2SO4; acizi tribazici: H3PO4. 1. ACIZI APROTICI–nu conţin atomi de hidrogen în moleculă. 2. ACIZI PROTICI - cedează ioni de hidrogen în soluţie după numărul de atomi hidrogen ionizabili, adică numărul de trepte de disociere: • acizi monoprotici: HCl, HNO3, CH3COOH, etc. • acizi diprotici: H2S, H2SO4, etc. • acizi triprotici: H3PO4, etc. • acizi poliprotici: H4SiO4, etc. După conţinutul sau nu în atomi de oxigen: ⇒ HIDRACIZI –conţin numai atomi de hidrogen ionizabili şi atomi ai elementului electronegativ: HCl, H2S, etc. ⇒ OXOACIZI –conţin atomii de hidrogen ionizabili legaţi de atomul central prin intermediul atomilor de oxigen. oOxoacizi simpli: HNO3, H2SO4, H3BO3, etc. oPoliacizi: H2B4O7 (acid tetraboric), H4S2O7 (acid disulfuric), H7[P(Mo2O7)6] (acid fosfomolibdenic), etc. oPeroxoacizi: H2SO5 (acid peroxosulfuric), H2Cr2O12 (acid peroxocromic), etc. oAquacizi: [Al(H2O)6] 3+, [Fe(OH)(H2O)5] 2+, etc. Denumirea acizilor Denumirea hidracizilor se formeaza din termenul acid urmat de numele nemetalului, la care se adauga sufixul HIDRIC. Denumirea oxiacizilor in care nemetalul are valenta inferioara, se formeaza din termenul acid urmat de numele nemetalului, la care se adauga sufixul OS. Denumirea oxiacizilor in care nemetalul are valenta maxima, se formeaza din termenul acid urmat de numele nemetalului la care se adauga sufixul IC. 2 | P a g e

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. 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. Valenta radicalului acid este determinata de numarul atomilor de hidrogen, care sunt substituiti sau eliminati din molecula acidului.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 Metode generale de obtinere a acizilor Hidracizii se pot obtine prin sinteza. 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. Acizii sunt substante gazoase, lichide sau solide. Se dizolva in apa, formand solutii cu gust acrisor si sunt bune conducatoare de electricitate. Actiunea acizilor asupra indicatorilor Acizii inrosesc solutia de turnesol, iar fenolftaleina ramane incolora in mediul acid. Proprietati chimice Reactia acizilor cu metalele Acizii reactioneaza cu unele metale, formand saruri si eliberand hidrogenul. Zn + HCl = ZnCl2 + H? 3 | P a g e

5. Reactia acizilor cu oxizii metalelor Acizii reactioneaza cu oxizii bazici, formand saruri si apa. CuO + 2HCl = CuCl2 + H? Reactia de neutralizare Acizii reactioneaza cu bazele, formand saruri si apa, conform reactiei generale: acid + baza = sare + apa. HCl + NaOH = NaCl + H2O Reactia acizilor cu sarurile Din reactiile acizilor cu sarurile se obtin acizi si saruri noi. HCl + AgNO3 = AgCl? + HNO3 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 etc. Acidul azotic are largi utilizări în industria îngrăşămintelor chimice, a explozivilor, a colorantilor, a firelor şi fibrelor sintetice. Acizii tari sunt acizii total sau aproape total ionizați în soluție apoasă. Acizii slabi sunt acizii parțial sau puțin ionizați în soluție apoasă. Potrivit teoriei Brönsted-Lowry, tăria unui acid este determinată de capacitatea de a ceda protoni. Cu cât acidul cedează mai uşor protonul, acesta este considerat un acid mai tare. 4 | P a g e

6. Acizi tari: HCl, HBr, HI, H2SO4 , HNO3 Acizi slabi: H2CO3, HF, HCN, CH3COOH 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 conjugate, 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 5 | P a g e

7. Conform teoriei protolitice pot fi acizi: a. molecule neutre: HCl, HBr, H2SO4, H3PO4 H2O b. ioni pozitivi: H3O+ NH4+ c. ioni negativi: HSO4− H2PO4− HPO42− 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. Caracteristicile unor indicatori de pH Indicatorul fenolftaleina turnesolul Culoarea in mediu acid incoloră roşu Culoarea in mediu bazic roşu -carmin albastru pH-ul–este logaritmul zecimal cu semn schimbat din concentraţia ionilor hidroniu pH= -lg [H3O+] sau pH= -lg [H+] pOH= -lg [HO] pH + pOH = 14 ( la 250C şi 1 atm ) [H3O+] 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10- 10 10 10- 11 11 bazic 10- 12 12 10- 13 13 10- 14 14 1 pH mediu 0 1 2 3 acid 4 5 6 7 8 9 neutru 10-10 10 11 12 13 14 acid 10-11 10-12 10-13 10-14 10-1 10-2 2 10-3 3 bazic 10-4 4 10-5 5 10-6 6 10-7 7 neutru 10-8 8 10-9 9 [HO] pOH 0 1 mediu 1 0 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10-10 10-4 4 11 10-11 10-3 3 12 10-12 10-2 2 13 10-13 10-1 1 14 10-14 1 0 pH [H3O+] [HO] pOH 10-1 10-13 13 10-2 10-12 12 10-3 10-11 11 10-4 10-10 10 10-5 10-9 9 10-6 10-8 8 10-7 10-7 7 10-8 10-6 6 10-9 10-5 5 10-14 14 6 | P a g e

8. Indicatorii acido-bazici sunt acizi slabi sau baze slabe la care culoarea formei nedisociate diferă de culoarea formei ionice deci a căror culoare în mediu acid este diferită faţă de culoarea lor în mediul bazic. Ei se utilizează în cantităţi foarte mici pentru a nu altera caracterul acid sau bazic al soluţiei investigate de aceea ei trebui să aibă putere mare de colorare. Valoarea pH-ul la care are loc modificarea culorii indicatorului se numeştepH de viraj. Măsurarea pH-ului unei soluţii - se face cu: hârtie indicator: o hârtie impregnată cu substanţe a căror culoare se modifică în funcţie de concentraţia în ioni de H3O+ a mediului - este suficient să impregnăm hârtia indicator cu 1-2 picături din soluţia cu pH necunoscut şi apoi să comparăm culoarea hârtiei cu scala de pH (cu care fiecare tip de hârtie indicator este prevăzută); cu soluţii de indicatori acido – bazici de culoare: substanţe organice care pot exista în două forme, acid –bază conjugată, forme deosebite prin culoare (substanţele îşi schimbă culoarea în funcţie de pH-ul soluţiei). Substanţele care pot avea, funcţie de partenerul de reacţie, atât caracter de acid cât şi caracter de bază, prezintă caracter amfiprotic şi se numescamfoliţisausubstanţe amfotere. Astfel, aceste substanţe, amfoliţii, se comportă ca acizi faţă de baze, respectivi ca baze faţă de acizi: H2O, HSO4 - , H2PO4 2-, HPO4 -, Be(OH)2, Al(OH)3, Zn(OH)2, Cr(OH)3, etc. Acizii, bazele şi amfoliţii se numesc protoliţi. Reacţiile cu schimb de protoni se numesc protolitice. 7 | P a g e

9. ELECTROLIT –substanţă care disociază în ioni în soluţie sau topitură, realizând prin aceşti ioni mobili transportul de sarcini electrice. Conductibilitatea electrică a soluţiilor de electroliţi este condiţionată de deplasarea ionilor în câmp electric. Majoritatea solvenţilor sunt proticiincluzând apa, alcooli, acizi carboxilici, amoniac. Solvenţii care nu participă la reacţii protolitice sunt de obicei inerţi din punct de vedere chimic: benzen, clorbenzen, cloroform, tetraclorură de carbon şi se numesc solvenţi aprotici şi au conductivivtăţi foarte scăzute. Excepţie fac câţiva solvenţi aprotici ca dimetilsulfoxidul (DMSO), dimetilforamida (DMFA), acetonitrilul, care sunt utilizaţi, datorită conductivităţii lor mai ridicate, în sursele chimice de curent, în reacţiile organice care au mecanisme ionice etc. Cu cât o soluţia alcalină este mai concentrată sau baza este mai tare, valorile pH-ului sunt mai mari dar, indiferent de tăria lor,soluţiile apoase ale bazelor au 7< pH <14. Reacţiile care implică formare sau disociere parţială de săruri sunt tot reacţii protolitice. La dizolvarea unei sări în apă are loc reacţia de reformare de acid şi bază din care a provenit sarea. Funcţie de tăria lor, acidul şi baza rezultate pot fi totalsau parţial disociate în soluţie. Reacţia unei sări cu apa prin care se obţine cel puţin un compus puţin ionizat se numeştereacţie de hidroliză. Soluţiile sărurilor ce provin din neutralizarea unui acid tare cu o bază slabă au caracter acid şi reciproc,soluţiile sărurilor ce provin din neutralizarea unei baze tari cu un acid slab au caracter bazic. Soluţia unei sări ce provine de la un acid slab şi o baza slabă are pH-ul situat în preajma lui 7, funcţie de raportul Ka/Kb (pentru valori supraunitare ale acestuia pH-ul este sub 7). Sărurile provenind din reacţia unui acid tare cu o bază tare nu hidrolizează iar soluţiile lor au pH-ul constant, 7. Soluţiile formate din incompleta neutralizare a unui acid slab cu o bază tare sau a unei baze slabe cu un acid tare se numesc soluţii tampon; ele se pot simboliza schematic: a) HAs / AsBt ex. CH3COOH / CH3COONa, pH de tamponare < 7 b) BsOH / AtBs ex. NH4OH / NH4Cl, pH de tamponare > 7 Soluţiile tamponate se obţin prin adăugarea de sisteme tampon la soluţiile obişnuite şi au proprietatea de a-şi menţine constant pH-ul la adăugare de cantităţi mici de acizi şi baze. Nu numai reacţiile chimice dar mai ales cele biochimice se desfăşoară la valori bine determinate ale pH-urilor, necesitând de aceea sisteme tampon. Astfel, multe medicamente sunt “tamponate” adică conţin un adaos de sistem tampon care permite menţinerea pH-ului stomacal. 8 | P a g e

10. TĂRIA ACIZILOR ŞI BAZELOR FOARTE TARI ESTE REDUSĂ ÎN SOLUŢIILE LOR APOASE LA TĂRIA IONILOR DE HIDRONIU (PENTRU ACIZI), RESPECTIV LA TĂRIA IONILOR DE HIDROXID (PENTRU BAZE). Principii generale de reacţie ale acizilor Reacţia acizilor cu metalele depinde de natura şi concentraţia acidului şi de reactivitatea metalului (potenţialul standard de reducere, respectiv poziţia metalului în seria activităţii chimice). Un acid tare scoate din sărurile sale un acid mai slab. Un acid slab scoate din sărurile sale un acid mai tare decât el dacă reacţia devine totală (se formează un gaz sau se formează un compus greu solubil în mediul de reacţie). Prin condensarea intermoleculară a unor oxoacizi se pot forma heteropoliacizi. 9 | P a g e

11. ECHILIBRE ÎN SOLUŢII DE ACIZI ™ Echilibrul reacţiei de ionizare a unui acid tare (AT) în soluţie apoasă (reacţia de disociere a HCl) este practic complet deplasat spre dreapta: H2O + HCl → H3O+ + Cl – Reacţia de ionizare a unui acid slab (As) în soluţie apoasă este reversibilă, echilibrul fiind deplasat spre stânga: CH3COOH + H2O ' CH3COO - + H3O+ Definitie: Bazele sunt substante compuse in compozitia carora intra un atom de metal si una sau mai multe grupari hidroxid, in functie de valenta metalului. Formula generala: M(OH)n 10 | P a g e

12. Baze care conţin ionul OH- sau gruparea OH = HIDROXIZI: Hidroxizi bazici: KOH, Ca(OH)2, etc. Hidroxizi amfoteri: Zn(OH)2, Al(OH)3, etc. Oxihidroxizi: AlO(OH), FeO(OH), etc. Săruri bazice: PbCO3·Pb(OH)2 – carbonat bazic de plumb, (BiO)NO3 – azotat de bismutil, etc. BAZE AMINATE sau alte baze care nu conţin ionul OH- sau gruparea OH. Denumire: hidroxid de …. In cazul metalelor care au valenta variabila bazele se denumesc astfel: la sfarsitul denumirii se precizeaza valenta metalului. Exemplu: Fe(OH)2– hidroxid de fer(II) sau divalent; Fe(OH)3– hidroxid de fer (III) sau trivalent. Pentru metalele cu valenta variabila, in unele tratate de chimie, denumirea bazelor se formeaza spunand cuvantul „hidroxid” urmat de numele metalului cu sufixul „-os”, cand are valenta inferioara si sufixul „-ic” cand are valenta superioara. Exemplu: Fe(OH)2– hidroxid feros; Fe(OH)3– hidroxid feric. Clasificare: Dupa solubilitatea in apa bazele se clasifica in 2 mari categorii: Baze solubile: NaOH(soda caustica), KOH etc. Baze insolubile, sau mai exact greu solubile: Cu(OH)2, Al(OH)3, Fe(OH)2, Fe(OH)3 etc. Obtinere: I. Bazele solubile se obtin prin: 1) Reactia metalelor puternic electropozitive cu apa: 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑ 2) Reactia oxizilor metalelor alcaline si alcalino-pamantoase cu apa: Na2O + H2O → 2NaOH II. Bazele greu solubile se obtin prin reactia intre o sare solubila si o baza alcalina: CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + Na2SO4 Reactia dintre o sare solubila si o baza puternica conduce la formarea unei alte baze si o alta sare. 11 | P a g e

13. Proprietati fizice: Bazele solubile si greu solubile sunt substante solide, albe: NaOH, KOH, Ca(OH)2, Al(OH)3 sau colorate: Cu(OH)2 albastru, Fe(OH)3 brun roscat. - Ca(OH)2 - Al(OH)3 - Fe(OH)3 Solutiile bazelor sunt lesioase si lunecoase la pipait, provocand arsuri. - arsura provocata de NaOH Proprietati chimice: 1) Actiunea bazelor asupra indicatorilor: Indicatorii sunt substante care isi modifica culoarea in mediu acid sau bazic. pH-ul este o marime in functie de care se apreciaza natura mediului: pH < 7 indica mediu acid pH = 7 indica mediu neutru pH > 7 indica mediu bazic. 12 | P a g e

14. Bazele albastresc turnesolul si inrosesc fenolftaleina. Metil-oranj-ul se coloreaza in galben in prezenta unei baze. Au pH > 7. 2) Reactia de neutralizare ( este reactia dintre un acid si o baza): NaOH + HCl → NaCl + H2O Concluzie: Baza + acid = sare + apa 3) Reactia bazelor cu oxizii acizi: Ca(OH)2 + CO2→ CaCO3 + H2O Concluzie: baza + oxid acid = sare + apa 4) Reactia bazelor solubile cu sarurile solubile: CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + Na2SO4 Concluzie: baza solubila + sare1 = baza insolubila + sare2 5) Bazele insolubile, prin incalzire se descompun in oxizi si apa: Fe(OH)2→ FeO + H2O Cu(OH)2→ CuO + H2O 2Al(OH)3→ Al2O3 + 3H2O 2Mn(OH)7→ Mn2O7 + 7H2O Concluzie: hidroxid insolubil → oxid metalic + apă Importanta si utilizari: reactivi de laborator: soda caustica si potasa caustica sunt folosite la fabricarea sapunului: NaOH se foloseste la obtinerea fibrelor artificiale, la mercerizarea bumbacului, la fabricarea sodei de rufe(Na2CO3) : 13 | P a g e

15. laptele de var, solutie de Ca(OH)2, este folosit in constructii, la varuirea peretilor, la obtinerea mortarului, in pomicultura, la varuirea tulpinilor pomilor, in viticultura la prepararea zemii bordeleze cu care se stropeste via, contra manei vitei de vie: apa de var, solutie filtrata de Ca(OH)2, este folosita la obtinerea zaharului(pentru purificare), in medicina (ca neutralizant in intoxicatiile cu solutii acide), in laborator pentru recunoasterea CO2: 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. 14 | P a g e

16. 15 | P a g e