Reacție acido-bazică, un tip de proces chimic caracterizat prin schimbul unuia sau mai multor ioni de hidrogen, H+, între specii care pot fi neutre (molecule, cum ar fi apa, H2O; sau acidul acetic, CH3CO2H) sau încărcate electric (ioni, cum ar fi amoniul, NH4+; hidroxidul, OH-; sau carbonatul, CO32-). Include, de asemenea, comportamentul analog al moleculelor și ionilor care sunt acizi, dar care nu donează ioni de hidrogen (clorura de aluminiu, AlCl3, și ionul de argint AG+).
Martin Walker
Ce sunt acizii și bazele?
Acizii sunt substanțe care conțin unul sau mai mulți atomi de hidrogen care, în soluție, sunt eliberați sub formă de ioni de hidrogen încărcați pozitiv. Un acid într-o soluție de apă are un gust acru, schimbă culoarea hârtiei de turnesol albastru în roșu, reacționează cu unele metale (de exemplu, fierul) pentru a elibera hidrogen, reacționează cu bazele pentru a forma săruri și favorizează anumite reacții chimice (cataliză acidă). Bazele sunt substanțe care au un gust amar și care schimbă culoarea hârtiei de turnesol roșu în albastru. Bazele reacționează cu acizii pentru a forma săruri și promovează anumite reacții chimice (cataliză bazică).
Cum se măsoară acizii și bazele?
Acizilor și bazelor li se atribuie o valoare între 0 și 14, valoarea pH-ului, în funcție de forța lor relativă. Apa pură, care este neutră, are un pH de 7. O soluție cu un pH mai mic de 7 este considerată acidă, iar o soluție cu un pH mai mare de 7 este considerată bazică, sau alcalină. Acizii puternici au o concentrație mai mare de ioni de hidrogen și li se atribuie valori mai apropiate de 0. În schimb, bazele puternice au o concentrație mai mare de ioni de hidroxid și li se atribuie valori mai apropiate de 14. Acizii și bazele mai slabe sunt mai apropiate de valoarea pH-ului de 7 decât omologii lor mai puternici.
Ce se întâmplă în timpul unei reacții acido-bazice?
O reacție acid-bază este un tip de reacție chimică care implică schimbul unuia sau mai multor ioni de hidrogen, H+, între specii care pot fi neutre (molecule, cum ar fi apa, H2O) sau încărcate electric (ioni, cum ar fi amoniu, NH4+; hidroxid, OH-; sau carbonat, CO32-). Include, de asemenea, procese similare care au loc în moleculele și ionii care sunt acizi, dar care nu donează ioni de hidrogen.
Cum se neutralizează reciproc (sau se anulează reciproc) acizii și bazele?
Diferite reacții produc rezultate diferite. Reacțiile dintre acizii puternici și bazele puternice se descompun mai complet în ioni de hidrogen (protoni, ioni încărcați pozitiv) și anioni (ioni încărcați negativ) în apă. În cazul unui acid slab și al unei baze slabe, se consideră mai adecvat ca neutralizarea să implice transferul direct de protoni de la acid la bază. Dacă unul dintre reactanți este prezent în exces mare, reacția poate produce o sare (sau o soluție a acesteia), care poate fi acidă, bazică sau neutră, în funcție de puterea acizilor și a bazelor care reacționează între ele.
Acizii sunt compuși chimici care prezintă, în soluție de apă, un gust ascuțit, o acțiune corozivă asupra metalelor și capacitatea de a transforma în roșu anumiți coloranți vegetali albaștri. Bazele sunt compuși chimici care, în soluție, au o acțiune săpunitoare la atingere și transformă în albastru coloranții vegetali roșii. Atunci când sunt amestecate, acizii și bazele se neutralizează reciproc și produc săruri, substanțe cu gust sărat și care nu au niciuna dintre proprietățile caracteristice ale acizilor sau ale bazelor.
Ideea că unele substanțe sunt acizi în timp ce altele sunt baze este aproape la fel de veche ca și chimia, iar termenii de acid, bază și sare apar foarte devreme în scrierile alchimiștilor medievali. Acizii au fost, probabil, primii dintre aceștia care au fost recunoscuți, aparent din cauza gustului lor acru. Cuvântul englezesc acid, francezul acide, germanul Säure și rusul kislota sunt toate derivate din cuvinte care înseamnă acru (latinescul acidus, germanul sauer, nordicul vechi sūur și rusul kisly). Alte proprietăți asociate de timpuriu cu acizii au fost acțiunea lor de solvent sau corozivă, efectul lor asupra coloranților vegetali și efervescența rezultată atunci când au fost aplicați pe cretă (producerea de bule de dioxid de carbon gazos). Bazele (sau alcalii) se caracterizau, în principal, prin capacitatea lor de a neutraliza acizii și de a forma săruri, acestea din urmă fiind caracterizate mai degrabă ca fiind substanțe cristaline solubile în apă și având un gust sărat.
În ciuda naturii lor imprecise, aceste idei au servit la corelarea unei game considerabile de observații calitative, iar multe dintre cele mai comune materiale chimice pe care le-au întâlnit primii chimiști puteau fi clasificate ca acizi (acizii clorhidric, sulfuric, azotic și carbonic), baze (sodă, potasă, var, amoniac) sau săruri (sarea comună, sarea amoniacală, salpetrul, alunul, boraxul). Absența unei baze fizice aparente pentru fenomenele în cauză a îngreunat realizarea de progrese cantitative în înțelegerea comportamentului acido-bazic, dar capacitatea unei cantități fixe de acid de a neutraliza o cantitate fixă de bază a fost unul dintre primele exemple de echivalență chimică: ideea că o anumită măsură dintr-o substanță este, într-un anumit sens chimic, egală cu o cantitate diferită dintr-o a doua substanță. În plus, s-a constatat destul de devreme că un acid poate fi înlocuit dintr-o sare cu un alt acid, iar acest lucru a făcut posibilă aranjarea acizilor într-o ordine aproximativă a puterii. De asemenea, a devenit curând clar că multe dintre aceste deplasări pot avea loc în ambele direcții, în funcție de condițiile experimentale. Acest fenomen a sugerat că reacțiile acido-bazice sunt reversibile – adică, că produsele reacției pot interacționa pentru a regenera materialul de pornire. De asemenea, a introdus conceptul de echilibru în chimia acido-bazică: acest concept afirmă că reacțiile chimice reversibile ajung la un punct de echilibru, sau echilibru, în care materialele de plecare și produșii sunt fiecare regenerate de una dintre cele două reacții la fel de rapid cum sunt consumate de cealaltă.
Pe lângă interesul lor teoretic, acizii și bazele joacă un rol important în chimia industrială și în viața de zi cu zi. Acidul sulfuric și hidroxidul de sodiu se numără printre produsele fabricate în cele mai mari cantități de către industria chimică, iar un procent mare de procese chimice implică acizi sau baze ca reactanți sau ca catalizatori. Aproape toate procesele chimice biologice sunt strâns legate de echilibrele acido-bazice din celulă sau din organism ca întreg, iar aciditatea sau alcalinitatea solului și a apei au o mare importanță pentru plantele sau animalele care trăiesc în ele. Atât ideile, cât și terminologia chimiei acido-bazice au pătruns în viața de zi cu zi, iar termenul de sare este deosebit de răspândit.