7.2.1: Acidi e basi Arrhenius

Nel modello Arrhenius, un acido è definito come un composto che si dissocia quando disciolto in acqua per produrre un protone (H+) e uno ion caricato negativamente (un anione). In effetti, i protoni nudi (H+) non vagano in soluzione. Si associano sempre con almeno una, e più probabilmente multipla, molecole d’acqua.,127 Generalmente, i chimici usano una scorciatoia per questa situazione, riferendosi all’H+ in soluzione acquosa come ion idronio (indicato come H3O+) o anche più semplicemente come H+, ma non dimenticare, questa è una mano corta., Un esempio di Arrhenius acido reazione è:

HCl(g) + H2O ⇄ H3O+ (aq) + Cl– (aq)

o, più semplicemente (e più vera la teoria originale):

HCl(g) ⇄ H+ (aq) + Cl– (aq) o di HCl(aq)

Ma questo è davvero uno strano modo di presentare la situazione attuale, perché la molecola di HCl non interagisce con una singola molecola di acqua, ma piuttosto interagisce con l’acqua come solvente. Quando il gas di cloruro di idrogeno (HCl) viene disciolto in acqua, si dissocia quasi completamente in H+(aq) e Cl–(aq)., A tutti gli effetti, non ci sono molecole di HCl nella soluzione. Una soluzione acquosa di HCl è nota come acido cloridrico, che la distingue dal gas, acido cloridrico. Questa dissociazione completa è una caratteristica degli acidi forti, ma non tutti gli acidi sono forti!

Una base di Arrhenius è definita come un composto che genera ioni idrossido (–OH) quando disciolto in acqua., Gli esempi più comuni di basi di Arrhenius sono il Gruppo I (metalli alcalini) idrossidi, come l’idrossido di sodio:

NaOH(s) + H2O ⇄ Na+(aq) + OH(aq) o NaOH(aq)

Ancora una volta, questo è un sistema di reazione che coinvolge sia l’idrossido di sodio e acqua liquida. Il processo di formazione di una soluzione di idrossido di sodio è proprio come quello coinvolto nell’interazione tra cloruro di sodio (NaCl) e acqua: gli ioni (Na+ e –OH) si separano e sono solvati (circondati) dalle molecole d’acqua.,

Come vedremo a breve, alcuni acidi (e basi) non ionizzano completamente; alcune delle molecole di acido rimangono intatte quando si dissolvono in acqua. Quando ciò si verifica usiamo frecce a doppia testa indicate per indicare che la reazione è reversibile, e sia i reagenti che i prodotti sono presenti nella stessa miscela di reazione. Avremo molto di più da dire sulla durata e la direzione di una reazione nel prossimo capitolo. Per ora, è sufficiente capire che le reazioni acido-base (in realtà, tutte le reazioni) sono reversibili a livello molecolare., Nel caso di semplici acidi e basi di Arrhenius, tuttavia, possiamo supporre che la reazione proceda quasi esclusivamente a destra.

Una reazione acido–base di Arrhenius si verifica quando un acido disciolto (acquoso) e una base disciolta (acquosa) sono mescolati insieme. Il prodotto di tale reazione è di solito detto di essere un sale più acqua e la reazione è spesso chiamata reazione di neutralizzazione: l’acido neutralizza la base e viceversa., L’equazione può essere scritta in questo modo:

HCl(aq) + NaOH(aq) H H2O(l) + NaCl(aq)

Quando la reazione è scritta in questa forma molecolare è abbastanza difficile vedere cosa sta realmente accadendo., Se possiamo riscrivere l’equazione per visualizzare tutte le specie coinvolte, e si supponga che il numero di HCl e NaOH molecole sono uguali, otteniamo:

H+(aq) + Cl–(aq) + Na+(aq) + OH(aq) ⇄ H2O(l) + Na+(aq) + Cl–(aq) Na+(aq) e Cl–(aq)

appaiono su entrambi i lati dell’equazione; sono invariate e non reagire (che sono spesso chiamati spettatore ioni, perché essi non partecipano alla reazione)., L’unica reazione effettiva che si verifica è la formazione di acqua: H+(aq) + –OH(aq) H H2O(l)

La formazione di acqua (non la formazione di un sale) è la firma di una reazione acido–base di Arrhenius. Un certo numero di acidi forti comuni, tra cui acido cloridrico (HCl), acido solforico (H2SO4) e acido nitrico (HNO3), reagiscono con una base forte come NaOH o KOH (che, come gli acidi forti, si dissociano completamente in acqua) per produrre acqua.,

Tali reazioni acido–base sono sempre esotermiche e possiamo misurare il cambiamento di temperatura e calcolare il corrispondente cambiamento di entalpia (ΔH) per la reazione. Indipendentemente da quale acido forte o base forte si sceglie, il cambiamento di entalpia è sempre lo stesso (circa 58 kJ/mol di H2O prodotto)., Questo perché l’unico coerente netto reazione che avviene in una soluzione di un acido forte e una base forte:

H+ (aq) + OH (aq) ⇄ H2O(l)

Un altro fattore da notare è che la reazione comporta un nuovo legame che si sta formando tra il protone (H+) e l’ossigeno dell’idrossido (–OH.) Ha senso che qualcosa con una carica positiva sarebbe attratto da (e legame con) una specie carica negativamente (anche se si dovrebbe ricordare perché il Na+ e Cl– non si combinano per formare cloruro di sodio solido in soluzione acquosa.,) La forma o meno dei legami dipende dalla natura esatta del sistema e dai cambiamenti di entalpia ed entropia associati al cambiamento. Torneremo a questa idea più avanti nel capitolo 8.

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