Ogni giorno entriamo in contatto con una gran varieà di acidi e basi senza rendercene nemmeno conto. Gli acidi non sono tutti altamente nocivi, soprattutto gli acidi organici (di origine animale o vegetale), mentre gli acidi inorganici o minerali (vedi l’acido cloridrico, solforico, ecc…) sono spesso altamente corrosivi. Le basi sono un’altra classe di composti che, sebbene abbiano proprietà nettamente differenti dagli acidi, sono a essi strettamente correlati.
Proprietà degli acidi
Gli acidi hanno un caratteristico sapore aspro, un esempio ne è il succo di limone. Essi hanno la proprietà di cambiare il colore di alcune sostanze (ad esempio il succo di limone che decolora il tè). Essi reagiscono con vari metalli per produrre sali del metallo e idrogeno, reagiscono con i carbonati per dare anidride carbonica, un sale e acqua. Genericamente gli acidi neutralizzano le basi.
Proprietà delle basi
Le basi hanno il tipico sapore amaro, ma di norma non si trovano in prodotti commestibili; danno una sensazione saponosa sulla pelle, poichè reagiscono con i grassi in essa presenti. Anche le basi provocano cambiamenti di colore su alcune sostanze, ma essi sono opposti a quelli degli acidi. Le basi hanno genericamente proprietà opposte a quelle degli acidi, per cui tendono a neutralizzare quesi ultimi.
La teoria di Arrhenius
Nel XIX secolo, il chimico Svante Arrhenius formulò una teoria per spiegare il comportamento di alcune sostanze che, disciolte in acqua, conducono la corrente elettrica. Arrivò così alla definizione di elettrolita, ovvero una sostanza che in acqua si scindeva formando ioni positivi (cationi) e ioni negativi (anioni). Poichè acidi e basi conducono la corrente elettrica, si cercò di applicare questateoria per formulare un primo modello teorico per acidi e basi:
Sono gli acidi quelle sostanze che, in soluzione acquosa, si dissociano liberando ioni idrogeno H+:
HA → H+ + A-
Sono basi quelle sostanze che, in soluzione acquosa, si dissociano liberando ioni ossidrile OH-:
BOH → B+ + OH-
Questa teoria non era però in grado di spiegare il comportamento di alcune sostanze che, pur non contenendo atomi di idrogeno o ioni ossidrili, in soluzione acquosa presentano le caratteristiche degli acidi o delle basi. Più in generale, si può dire che:
Un acido è una sostanza che in soluzione acquosa provoca l’aumento degli ioni H+;
Una base è una sostanza che in soluzione acquosa provoca l’aumento di ioni OH-.
La teoria di Brönsted e Lowry
Bronsted e Lowry sono due chimici che, indipendentemente l’uno dall’altro, arrivarono contemporaneamente ad una teoria che mette in relazione acidi e basi:
Si definisce acido qualunque specie chimica in grado di donare un protone;
Si definisce base qualunque specie chimica in grado di ricevere un protone.
Secondo la teoria di Brönsted e Lowry, però, l’acido non può donare un protone a meno che non ci sia una base che l’accetti. Difatti, non esistono acidi e basi come tali, ma solo coppie acido-base.
Prendiamo in considerazione la seguente reazione:
NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH-
La reazione acido-base è una reazione di equilibrio. Nella reazione diretta, NH3 si comporta come una base e H2o si comporta come un acido. Nella reazione inversa, invece, NH4+ si comporta come un acido, mentre OH- come base. NH4+ prenderà il nome di acido coniugato, mentre OH- si chiamerà base coniugata.
Un acido è forte quando l’equilibrio acido base è spostato verso destra, mentre è debole quando l’equilibrio è spostato verso sinistra.
A un acido forte corrisponde una base coniugata debole; viceversa, a un acido debole corrisponde una base coniugata forte.
Quindi, non è possibile definire una sostanza come acido o come base in assoluto, ma lo si può fare solo relativamente a un’altra sostanza con cui instaura un’equilibrio acido-base.
La teoria di Lewis
Gilber Newton Lewis propose un’ulteriore estensione del concetto acido-base, togliendo al protone il suo ruolo nella reazione per attribuirlo al doppietto di ellettroni non condiviso:
si definisce base una sostanta che può cedere una coppia di elettroni non condivisi;
si definisce acido una sostanza in grado di accettare una coppia di elettroni.
In genere, quando una base di Lewis reagisce con un acido di Lewis, si forma un legame covalente dativo. La teoria di Lewis è un’estensione delle teorie precedenti, in quanto include tra cli acidi anche sostanze prive di idrogeno, ma che presentano l’ottetto incompleto. Pertanto, più che di acido e di base, secondo Lewis si dovrebbe parlare di elettrofilo e di nucleofilo:
elettrofilo è una specie chimica in grado di ricevere un doppietto elettronico;
nucleofilo è una specie chimica che ha tendenza a donare un doppietto elettronico.