curs 5 acizi-baze.pdf
Post on 16-Feb-2016
49 Views
Preview:
TRANSCRIPT
ACIZI ŞI BAZE ÎN SOLUŢIIChimie analitică calitativă
2015-2016
TEORIA IONICĂ
2015-2016
Teoria disociaţiei electrolitice (S. Arrhenius, W. Ostwald1880)
- ACIZI - substanţe capabile să cedeze protoni
- BAZE - substanţe capabile să cedeze ioni hidroxil
TEORIA IONICĂ
2015-2016
LimiteConcepţiile asupra acizilor şi bazelor, bazate pe teoriadisociaţiei electrolitice nu se aplică decât soluţiilor apoase şinu sunt valabile în cazul solvenţilor neapoşi.
Ex: Ureea este neutră în soluţie apoasă
- funcţionează ca acid în amoniac lichid
- funcţionează ca bază în acid acetic anhidru.
TEORIA IONICĂ
Teoria ionică nu ţine cont de influenţa solventului.
Disociaţia electrolitică a acizilor, bazelor sausărurilor nu are loc decât în solvenţi polari (apă, alcool,acid acetic, amoniac).
În solvenţi apolari (hidrocarburi, benzen, xilen,toluen, ciclohexan) nu se formează ioni.
Zn + 2HCl ZnCl2 + H2HCl + H2O H3O+ + Cl-
Zn0 + 2H3O+ Zn2+ + 2H2O + H22015-2016
Limite
TEORIA IONICĂ
2015-2016
Dacă se adaugă sarea unui acid slab la soluţia unui acid tare,aciditatea acestei soluţii scade, până la neutralizarea completă aacidului, ca şi cum i s-ar fi adăugat o bază.
2 HCl + Na2CO3 2 NaCl + H2O + CO22 H+ + CO3
2- H2CO3 H2O + CO2
Fenomene asemănătoare se observă la adăugarea sărurilorbazelor slabe în soluţiile bazelor tari:
NaOH + NH4Cl NaCl + NH3 + H2O
OH- + NH4+ NH4OH NH3 + H2O
TEORIA IONICĂ
Teoria ionică - explică comportamentul acizilorde tip HA şi bazelor de tip BOH.
HA H+ + A- BOH B+ + OH-
2015-2016
K
H A
HAa
KB OH
BOHb
TEORIA IONICĂ
2015-2016
Acizii se pot clasifica după:
- compoziţia lor (hidracizi, oxoacizi),
- gradul de disociere (tari, medii şi slabi)- numărul de protoni cedaţi (mono-, di-, poliacizi)
Bazele se pot clasifica după:
- gradul de disociere
- numărul de ioni OH- cedaţi.
TEORIA PROTOLITICĂ
2015-2016
Limitele menţionate ale teoriei ionice audeterminat elaborarea teoriei protolitice a acizilorşi bazelor de către Brönsted şi Lowry (1923).
ACIZI - substanţe capabile să cedeze protoni
BAZE - substanţe capabile să fixeze protoni.
TEORIA PROTOLITICĂ
Datorită faptului că eliberarea unui proton dinmolecula unui acid este un proces reversibil, anionul carerămâne după cedarea protonului este capabil să fixeze unproton, deci este o bază.
Astfel, fiecărui acid (HA) îi corespunde o bazăconjugată (B) în care se transformă acidul după cedareaunui proton:
HA H+ + A- B+ + H+ BH+
2015-2016
TEORIA PROTOLITICĂ
HA H+ + A- B+ + H+ BH+
Acizi neutri Baze neutre
H2O H+ + OH- NH3 + H+ NH4+
HCl H+ + Cl- R-NH2 + H+ R-NH3+
CH3COOH H+ + CH3COO- H2O + H+ H3O+
Acizi cationici Baze anionice
H3O+ H+ + H2O SO32- + H+ HSO3
-
NH4+ H+ + NH3 OH- + H+ H2O
CO32- + H+ H CO3
-
Acizi anionici Baze cationice
H2PO4- H+ + HPO4
2- H2N-NH3+ + H+ +H3N-NH3
+
HSO4- H+ + SO4
2-
2015-2016
TEORIA PROTOLITICĂ
2015-2016
Exemplele anterioare arată că există substanţe capabile săîndeplinească după caz, funcţia de acid sau de bază, numiteamfiprotice.
Apa poate elibera un proton formând o bază (OH-) sau săfixeze un proton formând un acid (H3O+). Dublul caracter al apeise manifestă şi în reacţia de disociere care este reprezentatăconform teoriei protolitice prin ecuaţia:
H2O + H2O H3O+ + OH-
Astfel, în această reacţie, o moleculă de H2O cedează un proton,adică se comportă ca un acid, iar alta fixează un proton, deci secomportă ca o bază.
TEORIA PROTOLITICĂ
Majoritatea celorlalţi solvenţi au proprietăţiamfiprotice analoage.
Amoniacul lichid disociază parţial conformecuaţiei:
NH3 + NH3 NH4+ + NH2
-
În acest caz, ionul NH4+ îndeplineşte funcţia de
acid şi ionul NH2- funcţia de bază (în mod analog
ionilor H3O+ şi OH- în soluţii apoase).2015-2016
TEORIA PROTOLITICĂ
În urma reacţiilor acido-bazice, se obţin întotdeaunapornind de la acidul şi baza iniţiale, o nouă bază şi un nou acid.
Acid1 + Baza2 Acid2 + Baza1
CH3COOH + OH- H2O + CH3COO-
CH3COOH + NH3 NH4+ + CH3COO-
H3O+ + NH3 NH4+ + H2O
HCO3- + OH- H2O + CO3
2-
Acid1 + Baza2 Acid2 + BazaCH3COOH + OH- H2O + CH3COO-
CH3COOH + NH3 NH4+ + CH3COO-
H3O+ + NH3 NH4+ + H2O
HCO3- + OH- H2O + CO3
2-
2015-2016
TEORIA PROTOLITICĂ
2015-2016
Disocierea electrolitică a moleculelor polare a acizilor şibazelor nu poate avea loc decât în urma interacţiunii lor cusolventul formând solvaţi ai ionilor.
Teoria lui Brönsted - Lowry interpretează disocierea
electrolitică a acizilor şi bazelor ca pe o reacţie protolitică (cu
schimb de protoni) ce are loc cu participarea solventului.
CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+
acid1 baza2 baza1 acid2
Disocierea electrolitică a moleculelor polare a acizilor şibazelor nu poate avea loc decât în urma interacţiunii lor cusolventul formând solvaţi ai ionilor.
Teoria lui Brönsted - Lowry interpretează disocierea
electrolitică a acizilor şi bazelor ca pe o reacţie protolitică (cu
schimb de protoni) ce are loc cu participarea solventului.
CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+
acid1 baza2 baza1 acid2
TEORIA PROTOLITICĂ
2015-2016
Solventul joacă rolul de bază, fixând protonii
cedaţi de moleculele de acid acetic.
În cazul bazelor, acestea fixează protonii din
moleculele solventului care îndeplineşte astfel, rolul de
acid.
NH3 + H2O NH4+ + OH-
baza2 acid1 acid2 baza1
TEORIA PROTOLITICĂ
2015-2016
Tăria mai mare sau mai mică a acizilor (sau
bazelor) este în funcţie de tendinţa lor de a ceda (sau de a
accepta) protoni.
Proprietăţile solventului au o foarte mare
importanţă. Acizii trebuie, în condiţii similare, sădisocieze cu atât mai tare, cu cât proprietăţile bazice ale
solventului sunt mai accentuate, adică cu cât afinitateapentru protoni este mai mare.
Bazele disociază cu atât mai tare cu cât afinitatea
solventului pentru protoni este mai slabă, adică cu câtsolventul cedează protonii mai uşor.
Tăria mai mare sau mai mică a acizilor (sau
bazelor) este în funcţie de tendinţa lor de a ceda (sau de a
accepta) protoni.
Proprietăţile solventului au o foarte mare
importanţă. Acizii trebuie, în condiţii similare, sădisocieze cu atât mai tare, cu cât proprietăţile bazice ale
solventului sunt mai accentuate, adică cu cât afinitateapentru protoni este mai mare.
Bazele disociază cu atât mai tare cu cât afinitatea
solventului pentru protoni este mai slabă, adică cu câtsolventul cedează protonii mai uşor.
TEORIA PROTOLITICĂ
Apa este un solvent destul de bazic având o afinitate relativînsemnată pentru protoni. De aceea când se dizolvă în apă acizi tarica HClO4, H2SO4, HCl, HNO3, echilibrul protolitic dintre acid (HA)şi solvent (H2O):
HA + H2O H3O+ + A-
acid1 baza2 acid2 baza1
este total deplasat spre dreapta, ceea ce corespunde disocieriicomplete a acizilor în soluţie.
Diferenţele dintre capacitatea lor de a ceda protoni estemascată în soluţii apoase de tendinţa puternică a solventului de afixa protoni.
2015-2016
TEORIA PROTOLITICĂ
Dacă însă, în loc de apă, se ia un solvent mai puţin bazic, alcool
etilic de exemplu, diferenţa între tăria acizilor se face simţită.
În acest solvent, acidul azotic funcţionează ca un acid de tăriemedie.
În solvenţi cu afinitate şi mai mică pentru protoni, de exemplu
în acetonă, CH3COOH sau în nitrobenzen, toţi acizii, tari în soluţieapoasă (cu excepţia HClO4 şi H2SO4), devin acizi de tărie medie.
2015-2016
TEORIA PROTOLITICĂ
Într-un solvent având afinitate mică pentru protoni şi, deci,capabil chiar să-i cedeze (H2SO4 anhidru) numai acidul percloricHClO4, care mai poate încă să cedeze protoni, se comportă ca unacid tare.
Acidul azotic, funcţionează în H2SO4 ca o bază, acceptândprotoni pentru a forma ioni nitroniu [H2NO3
+], acid cationic,analog prin compoziţia sa ionilor amoniu şi hidroniu.
În H2SO4 anhidru, acizii organici, eterii, alcoolii sunt deasemenea baze.
2015-2016
TEORIA PROTOLITICĂ
În cazul solvenţilor cu proprietăţi bazice, se observăfenomene inverse.
Astfel, numeroşi acizi, foarte slabi în soluţie apoasă, devindestul de tari în amoniac lichid care are proprietăţi mai bazicedecât apa.
Determinări efectuate în solvenţi puternic acizi au permisstabilirea, pentru acizii de aceeaşi tărie în soluţie apoasă, seriaurmătoare a tendinţei descrescătoare de cedare a protonilor:
HClO4 > H2SO4 > HCl > HBr > HI > HNO3
2015-2016
TEORIA PROTOLITICĂ
Ţinând cont de relaţia acid-bază exprimată de
ecuaţia fundamentală a teoriei protolitice:
Acid H+ + Bază
Se înţelege că tăria unui acid şi a bazei sale conjugate
sunt invers proporţionale, deci cu cât acidul este mai
tare, cu atât baza sa conjugată este mai slabă şiinvers.
2015-2016
TEORIA PROTOLITICĂ
2015-2016
HCl este un acid foarte tare, deoarece moleculele sale au o
tendinţă foarte accentuată de a ceda protoni, fiind de asemenea
total disociat în soluţie apoasă:
HCl + H2O H3O+ + Cl-
Deci, ionii Cl- obţinuţi prin disocierea HCl au o afinitate
foarte redusă pentru protoni, ceea ce înseamnă că ei se comportăca o bază foarte slabă.
Acidul acetic, acid slab, are o tendinţă slabă de a ceda
protoni, ceea ce determină o slabă disociere în soluţie apoasă.
Dimpotrivă, baza sa conjugată (CH3COO-) este capabilă să fixeze
uşor protonii, deci este o bază tare.
TEORIA ELECTRONICĂ
O altă teorie asupra naturii acizilor şi bazelor este
teoria electronică a lui Lewis (1938) conform căreia:
- ACIZII sunt substanţele capabile să accepte o
pereche de electroni
- BAZELE sunt substanţele capabile să cedeze o
pereche de electroni
2015-2016
TEORIA ELECTRONICĂ
Exemplu: protonul este un acid capabil să accepte opereche de electroni cedaţi de o bază B:
baza protonată
amoniu
hidroniu
2015-2016
H B H B :
H NH H NH : 3 3
H O H H O H
:. . . .
2 2
TEORIA ELECTRONICĂ
2015-2016
S-a observat că soluţiile de AlCl3, BCl3, FeCl3 şi SnCl4
în CHCl3, solvent inert, manifestă proprietăţi acide,
determinând colorarea în galben a cristal-violetului (galben în
mediu acid şi violet în mediu bazic).
Eterii, anhidridele, acizii carboxilici şi alcoolii, din
contră, prezintă proprietăţi bazice în CHCl3.
TEORIA ELECTRONICĂ
2015-2016
Toate bazele Brönsted sunt şi baze Lewis, dar numărulacizilor Lewis este mult mai mare şi cuprinde:
- substanţe cu atomi coordinativ nesaturaţi :
(AlCl3, FeCl3, BF3, SnCl4, SO3);
- cationi anorganici (H+, Ag+, Bi3+) şi
- cationi organici (R+, R-NH3+ , ROH2
+)
TEORIA ELECTRONICĂ
2015-2016
Conform teoriei electronice, reacţia dintre BCl3
şi piridină este o reacţie acido-bazică de neutralizare cu
formarea unei legături coordinative.
N + BCl3 N BCl3
base acide chlorure de bor-pyridinium
TEORIA ELECTRONICĂ
2015-2016
Teoria electronică lărgeşte sfera noţiunii de acidşi bază încadrând printre reacţiile acido-bazice(disociere, neutralizare, deplasare, hidroliză) şi reacţiilede precipitare sau cu formare de complecşi.
Cu2+ + 4NH3 [Cu(NH3)4]2+
Teoria electronică lărgeşte sfera noţiunii de acidşi bază încadrând printre reacţiile acido-bazice(disociere, neutralizare, deplasare, hidroliză) şi reacţiilede precipitare sau cu formare de complecşi.
Cu2+ + 4NH3 [Cu(NH3)4]2+
TEORIA ELECTRONICĂTeoria electronică stabileşte o analogie între reacţiile acido-
bazice şi reacţiile de oxido-reducere, unde este vorba de untransfer de electroni.
Astfel, oxidanţii acceptă electroni ca acizii iarreducătorii cedează electroni, ca bazele.
Cu 2+ + 2OH- Cu(OH)2
acid bazăCu 2+ + Zn0 Cu0 + Zn 2+
oxidant reducător
2015-2016
TEORIA ELECTRONICĂ
Anionul sulfură poate să se comporte ca o bază sau ca
un reducător, funcţie de partenerul său de reacţie:
S2- + H2O HS- + OH-
bază acid
S2- + I2 S0 + 2I-
reducător oxidant
2015-2016
TEORIA SOLVOSISTEMELOR
O teorie care explică bine procesul de neutralizare în
mediu neapos este teoria solvosistemelor elaborată de
Cady, Elsey, Franklin şi Germann în 1928.
Conform acestei teorii, acizii sunt substanţe care
disociază în cationi, iar bazele în anioni, identici cu cei
ai solventului.
2015-2016
TEORIA SOLVOSISTEMELOR
În apă, toate substanţele care furnizează ioni hidroniu
sunt acizi şi toate substanţele care furnizează ioni OH- sunt
baze, deoarece apa disociază în H3O+ şi OH-.
H2O H+ + OH- sau
2H2O H3O+ + OH-
2015-2016
TEORIA SOLVOSISTEMELOR
În amoniac lichid, acizii sunt substanţe care disociază în ioni
NH4+ iar bazele, substanţe care disociază în amidură NH2
-:
2NH3 NH4+ + NH2
-
În SO2 lichid, halogenurile de tionil (SOCl2, SOBr2) sunt acizi
iar sulfiţii sunt baze:
2SO2 SO2+ + SO32-
În sfârşit, în SbCl3 topită, sărurile de stibiu sunt acizi iar
clorurile sunt baze:
SbCl3 Sb3+ + 3Cl-
2015-2016
TEORIA SOLVOSISTEMELOR
Astfel, conform teoriei solvosistemelor, reacţia de neutralizare este reacţiadintre un acid şi o bază, în urma căreia rezultă o sare şi solventul neutru:
a) apă HA + BOH AB + H2O
b) alcool etilic HA + C2H5ONa NaA + C2H5OH
c) amoniac NH4Cl + KNH2 KCl + 2NH3
d) SO2 lichid SOCl2 + K2SO3 2KCl + 2SO2
e) SbCl3 topită SbBr3 + 3KCl 3KBr + SbCl3
f) CH3COOH
2015-2016
CH CO O ClO CH COONa3 4 3
COOHCH2NaClO 34
CH COO H CH COO3 2 3
2 3CH COOH
top related