Reazione acido-base, un tipo di processo chimico caratterizzato dallo scambio di uno o più ioni idrogeno, H+, tra specie che possono essere neutre (molecole, come l’acqua, H2O; o acido acetico, CH3CO2H) o elettricamente cariche (ioni, come ammonio, NH4+; idrossido, OH-; o carbonato, CO32-). Include anche un comportamento analogo di molecole e ioni che sono acidi ma non donano ioni idrogeno (cloruro di alluminio, AlCl3, e lo ione argento AG+).
Martin Walker
Cosa sono gli acidi e le basi?
Gli acidi sono sostanze che contengono uno o più atomi di idrogeno che, in soluzione, vengono rilasciati come ioni di idrogeno caricati positivamente. Un acido in una soluzione d’acqua ha un sapore aspro, cambia il colore delle cartine tornasole blu in rosso, reagisce con alcuni metalli (per esempio, il ferro) per liberare idrogeno, reagisce con le basi per formare sali, e promuove alcune reazioni chimiche (catalisi degli acidi). Le basi sono sostanze che hanno un sapore amaro e cambiano il colore delle cartine di tornasole rosse in blu. Le basi reagiscono con gli acidi per formare sali e favoriscono alcune reazioni chimiche (catalisi delle basi).
Come si misurano gli acidi e le basi?
Acidi e basi ricevono un valore compreso tra 0 e 14, il valore del pH, a seconda della loro forza relativa. L’acqua pura, che è neutra, ha un pH di 7. Una soluzione con un pH inferiore a 7 è considerata acida, e una soluzione con un pH superiore a 7 è considerata basica, o alcalina. Gli acidi forti hanno una maggiore concentrazione di ioni idrogeno, e vengono assegnati valori più vicini a 0. Al contrario, le basi forti hanno una maggiore concentrazione di ioni idrossido, e vengono assegnati valori più vicini a 14. Gli acidi e le basi più deboli sono più vicini al valore di pH 7 rispetto alle loro controparti più forti.
Cosa succede durante una reazione acido-base?
Una reazione acido-base è un tipo di reazione chimica che comporta lo scambio di uno o più ioni idrogeno, H+, tra specie che possono essere neutre (molecole, come l’acqua, H2O) o elettricamente cariche (ioni, come ammonio, NH4+; idrossido, OH-; o carbonato, CO32-). Include anche processi simili che avvengono in molecole e ioni che sono acidi ma non donano ioni idrogeno.
Come fanno gli acidi e le basi a neutralizzarsi a vicenda (o ad annullarsi)?
Reazioni diverse producono risultati diversi. Le reazioni tra acidi forti e basi forti si decompongono più completamente in ioni idrogeno (protoni, ioni con carica positiva) e anioni (ioni con carica negativa) in acqua. Per un acido debole e una base debole, la neutralizzazione è più appropriatamente considerata coinvolgere il trasferimento diretto di protoni dall’acido alla base. Se uno dei reagenti è presente in grande eccesso, la reazione può produrre un sale (o la sua soluzione), che può essere acido, basico o neutro a seconda della forza degli acidi e delle basi che reagiscono tra loro.
Gli acidi sono composti chimici che mostrano, in soluzione acquosa, un sapore pungente, un’azione corrosiva sui metalli e la capacità di far diventare rossi certi coloranti vegetali blu. Le basi sono composti chimici che, in soluzione, sono saponose al tatto e rendono blu i coloranti vegetali rossi. Quando vengono mescolati, gli acidi e le basi si neutralizzano a vicenda e producono sali, sostanze con un sapore salato e nessuna delle proprietà caratteristiche degli acidi o delle basi.
L’idea che alcune sostanze siano acidi mentre altre sono basi è vecchia quasi quanto la chimica, e i termini acido, base e sale compaiono molto presto negli scritti degli alchimisti medievali. Gli acidi furono probabilmente i primi ad essere riconosciuti, apparentemente a causa del loro sapore aspro. La parola inglese acid, il francese acide, il tedesco Säure e il russo kislota sono tutti derivati da parole che significano acido (latino acidus, tedesco sauer, antico norreno sūur e russo kisly). Altre proprietà associate all’inizio agli acidi erano la loro azione solvente o corrosiva, il loro effetto sui coloranti vegetali e l’effervescenza che risultava quando venivano applicati al gesso (produzione di bolle di anidride carbonica). Le basi (o alcali) erano caratterizzate principalmente dalla loro capacità di neutralizzare gli acidi e formare sali, questi ultimi essendo caratterizzati piuttosto vagamente come sostanze cristalline solubili in acqua e con un sapore salino.
Nonostante la loro natura imprecisa, queste idee servivano a correlare una considerevole gamma di osservazioni qualitative, e molti dei materiali chimici più comuni che i primi chimici incontravano potevano essere classificati come acidi (acido cloridrico, solforico, nitrico e carbonico), basi (soda, potassa, calce, ammoniaca), o sali (sale comune, sale ammoniacale, salnitro, allume, borace). L’assenza di qualsiasi base fisica apparente per i fenomeni in questione ha reso difficile fare progressi quantitativi nella comprensione del comportamento acido-base, ma la capacità di una quantità fissa di acido di neutralizzare una quantità fissa di base è stato uno dei primi esempi di equivalenza chimica: l’idea che una certa misura di una sostanza è in qualche senso chimico uguale a una quantità diversa di una seconda sostanza. Inoltre, fu scoperto abbastanza presto che un acido poteva essere spostato da un sale con un altro acido, e questo rese possibile disporre gli acidi in un ordine approssimativo di forza. Fu anche presto chiaro che molti di questi spostamenti potevano avvenire in entrambe le direzioni a seconda delle condizioni sperimentali. Questo fenomeno suggerì che le reazioni acido-base sono reversibili, cioè che i prodotti della reazione possono interagire per rigenerare il materiale di partenza. Ha anche introdotto il concetto di equilibrio nella chimica acido-base: questo concetto afferma che le reazioni chimiche reversibili raggiungono un punto di equilibrio, o equilibrio, in cui i materiali di partenza e i prodotti sono rigenerati ciascuno da una delle due reazioni tanto rapidamente quanto sono consumati dall’altra.
A parte il loro interesse teorico, acidi e basi giocano un ruolo importante nella chimica industriale e nella vita quotidiana. L’acido solforico e l’idrossido di sodio sono tra i prodotti fabbricati in maggior quantità dall’industria chimica, e una grande percentuale di processi chimici coinvolge acidi o basi come reagenti o come catalizzatori. Quasi ogni processo chimico biologico è strettamente legato agli equilibri acido-base nella cellula o nell’organismo nel suo insieme, e l’acidità o l’alcalinità del suolo e dell’acqua sono di grande importanza per le piante o gli animali che vi vivono. Sia le idee che la terminologia della chimica acido-base hanno permeato la vita quotidiana, e il termine sale è particolarmente comune.