La teoria acido base descrive il comportamento delle molecole mentre acquisiscono o cedono protoni o elettroni. La teoria acido base si sviluppa secondo i 3 modelli di Arrhenius, Bronsted-Lory e Lewis.
| Teoria | Acido | Base | A-B | Reazione | |
| 1° | Arrhenius | libera H+ | libera OH- | forti | irreversibile |
| 2° | Bronsted e Lory | cede H+ | prende H+ | deboli | reversibile |
| 3° | Lewis | prende elettroni | cede elettroni |
1° Arrhenius
L’acido è una sostanza che in acqua libera ioni H+, la base è una sostanza che in acqua libera ioni OH-.
L’acido di Arrhenius:
HCl + H2O >< H+ e Cl-
Il protone H+ appena dissociato dal cloro si lega all’acqua per formare l’idronio H3O+.
La base di Arrhenius:
NaOH + H2O >< OH- e Na+.
Cloro e sodio vengono circondati dalle molecole d’acqua: il cloro negativo è circondato dagli idrogeni, poli positivi dell’acqua; il sodio positivo è circondato dagli ossigeni, poli negativi dell’acqua.
2° Bronsted e Lory
Bronsted e Lory descrivono reazioni reversibili, quindi acidi e basi sono deboli. Secondo Bronsted e Lory l’acido è una sostanza che può liberare ioni H+, la base è una sostanza che può acquisire ioni H+.
Quindi sono basi anche sostanze che non liberano OH-, come l’ammoniaca.
La base di Bronsted e Lory:
NH3 + H2O >< NH4+ e OH-.
L’acqua per Bronsted e Lory:
L’acqua si può comportare come acido o come base:
nella reazione NH3 + H2O >< NH4+ e OH- l’acqua cede un protone all’ammoniaca e quindi l’acqua si comporta da acido;
nella reazione HCl + H2O >< H3O+ e Cl- : il protone si lega all’acqua e forma l’idronio H3O+ e quindi l’acqua si comporta da base.
Queste reazioni sono reversibili, >< , infatti l’ammoniaca è una base ma quando diventa ione ammonio si comporta da acido, è un acido coniugato, sposato con la base originaria, che può ritornare ad essere la base originaria.
3° Lewis
L’acido è una sostanza che può accettare una coppia di elettroni, la base è una sostanza che può cedere una coppia di elettroni del guscio esterno liberi dai legami.
Quando nell’acqua ci sono ioni metallici, Fe+++, Cr+++, Zn++, Cu++, vengono circondati dalle molecole d’acqua: lo ione metallico assorbe coppie di elettroni dall’acqua, quindi si comporta da acido, formando uno ione complesso.
Es di base di Lewis: NH3 + F3B (trifluoruro di boro) >< .
Gli ioni metallici, Fe+++, Cr+++, Zn++, Cu++, possono reagire con lo ione cianidrico CN. I gruppi CN, legati da triplo legame fra loro, hanno 4 elettroni disponibili che possono essere ceduti agli ioni metallici.
Es.: 6CN + Cr3+ >< [Cr(CN)6]3-
Quindi lo ione cianidrico si comporta da base e lo ione cromo da acido.
1 Arrhenius in acqua
Vediamo il comportamento di un acido forte e una base forte in acqua:
| acido forte > H(+) | base forte > OH(-) |
| HCl in acqua > H(+) e Cl(-) | NaOH in acqua > OH(-) e Na(+) |
La teoria di Arrhenius è valida per acidi e basi forti.
La reazione non è reversibile, infatti c’è una sola freccia, la reazione è spostata a destra.
La base coniugata dell’acido cloridrico è Cl-, è una base debole, non riprende su di sè l’H+.
L’acido coniugato dell’NaOH è Na+ è un acido debole, non riesce a riprendere l’OH-.
Debole significa che non riesce a riprendersi quello che ha perduto: H+ o OH-
Lo ione H+ o protone si lega immediatamente all’acqua formando lo ione idronio H3O+.
Intanto lo ione Cl- è circondato in acqua dai poli positivi delle molecole d’acqua: solvatazione.
Essendo soluzioni contenenti ioni sono conduttori elettrici.
2 Bronsted e Lory anche senza acqua
| acido debole | base debole |
| H2S e H2O >< H3O+ e HS(-) | NH3 e H2O >< NH4(+) e OH(-) |
| HSO4- e H2O >< H3O(+) e SO4(-2) | O(-2) e H2O >< 2 OH(-) |
La teoria di Bronsted e Lory è valida per acidi e basi deboli.
Sono reazioni reversibili, cioè possono tornare indietro, per cui si viene a formare un equilibrio tra i reagenti e i prodotti, tra la sinistra e la destra della reazione.
L’acido perde il protone e diventa una base coniugata forte, perchè riesce a riprendere l’H+ ceduto.
L’acido idrogeno solfato cede l’idrogeno e il solfato diventa la sua base coniugata.
Viceversa la base ammoniaca acquisisce l’idrogeno e lo ione ammonio diventa il suo acido coniugato, è un acido coniugato forte, perchè cede facilmente l’H+.
Questa teoria accoglie anche comportamenti acido-base in assenza di acqua.
Comportamento acido base in acqua:
Come si vede l’acqua può cedere o acquisire protoni, le molecole che hanno questo comportamento si chiamano anfotere.
| HCl | acido forte | base coniugata debole | Cl- | irreversibile |
| NaOH | base forte | acido coniugato debole | Na+ | irreversibile |
| HSO4- | acido debole | base coniugata forte | SO4(-2) | reversibile |
| NH3 | base debole | acido coniugato forte | NH4(+) | reversibile |
3 Lewis
| acido | base |
| Zn(2+) e 2H2O > Zn(OH)2 + 2H+ | CO3(2-) e 2H2O > H2CO3 + 2OH(-) |
Sono potenzialmente acide di tutte quelle molecole con struttura elettronica incompleta, ad esempio nell’AlCl3 l’alluminio può ancora acquisire due elettroni, ugualmente il boro nel BF3 e il ferro nel FeCl3.
In questi casi si forma un legame covalente dativo, ricordo che in questo legame un atomo cede, non condivide, due suoi elettroni ad un altro atomo.
Il reagente che si comporta da acido viene detto elettrofilo, mentre quello che si comporta da base si dice nucleofilo.