Reazioni in ambiente acquoso, pH e processi redox: concetti fondamentali

Reazioni in ambiente acquoso

Concetto di acido e di base secondo Brønsted-Lowry

• Acido: ogni sostanza capace di cedere protoni.
• Base: ogni sostanza capace di accettare protoni.

Affinché una sostanza agisca da acido, deve essere in presenza di un'altra che agisca da base per accettare i protoni. In ambiente acquoso, l'acqua interpreta il ruolo di acido o di base a seconda dei reagenti.

• Base coniugata: l'acido, dopo aver ceduto protoni, diventa una specie in grado di accettarne, chiamata appunto base coniugata.
• Acido coniugato: la base, accettando protoni dall'acido, si converte in una specie in grado di donarli, ovvero un acido.

Equilibrio del pH e dissociazione dell'acqua

L'acqua si comporta sia da acido che da base secondo la reazione: 2H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻, dissociandosi in ioni idronio (H₃O⁺) e ioni idrossido (OH⁻).

• Prodotto ionico dell'acqua (Kw): Kw = [H₃O⁺] × [OH⁻]. A 25 °C, il valore è 10⁻¹⁴.
• Definizione di pH: il logaritmo negativo della concentrazione molare di ioni H₃O⁺.

Formule:

• pH = -log[H₃O⁺]
• pOH = -log[OH⁻]
• pH + pOH = 14

La scala del pH permette di misurare l'acidità e la basicità delle soluzioni:

• Acida: pH < 7
• Neutra: pH = 7
• Basica: pH > 7

Concetto di ossidazione e riduzione (Redox)

Una reazione di ossidoriduzione avviene quando c'è un trasferimento di elettroni.

• Ossidazione: reazione chimica in cui una sostanza perde elettroni (si ossida). La sostanza che perde elettroni è detta riducente.
• Riduzione: reazione chimica in cui una sostanza guadagna elettroni (si riduce). La sostanza che acquista elettroni è detta ossidante.

I processi di ossidazione e riduzione non avvengono mai isolatamente; si parla quindi di reazioni redox, dove avviene un trasferimento di elettroni dalla specie che si ossida a quella che si riduce.

Concentrazione delle soluzioni

• Molarità (M): numero di moli di soluto contenute in un litro di soluzione.
• g/L: quantità di soluto in grammi contenuta in un litro di soluzione.
• Molalità (m): quantità di soluto, in moli, per chilogrammo di solvente.
• Frazione molare: numero di moli di un componente diviso per la somma delle moli di tutti i componenti.

Stechiometria e reagente limitante

Quando si verifica una reazione, i reagenti potrebbero non essere in rapporto stechiometrico esatto. Il reagente che viene consumato interamente per primo e che limita la quantità di prodotto ottenibile è chiamato reagente limitante.