Reacció àcid-base

Una reacció àcid-base és un tipus de procés químic caracteritzat per l'intercanvi de cations hidrogen, H+, entre dues espècies neutres, com ara les molècules d'aigua, H₂O i l'àcid acètic, CH₃CH₂OH, o entre dues espècies carregades elèctricament com ara el catió amoni, NH₄+ i l'anió hidròxid, OH¯. També inclou reaccions anàlogues entre molècules o ions que tenen propietats àcides o bàsiques però sense intercanvi de cations hidrogen i amb formació d'enllaços, com la reacció entre l'amoníac, NH₃, i el trifluorur de bor, BF₃.[1]

Reacció de l'àcid acètic contingut en el vinagre amb hidrogencarbonat de sodi, amb producció de diòxid de carboni.

La seva importància es fa evident en l'anàlisi de reaccions àcid-base per a espècies gasoses o líquides, o quan el caràcter àcid o bàsic pot ser una mica menys evident. El primer d'aquests conceptes va ser proporcionat pel químic francès Antoine Lavoisier, cap a l'any 1776.[2]

És important pensar en els models de reacció àcid-base com a teories que es complementen mútuament.[3] Per exemple, el model actual de Lewis té la definició més àmplia de què són un àcid i una base, amb la teoria de Brønsted-Lowry sent un subconjunt dels àcids i bases, i la teoria d'Arrhenius sent la més restrictiva.

Definicions de la reacció àcid-baseModifica

Desenvolupament històricModifica

El concepte de reacció àcid-base va ser proposat per primera vegada el 1754 per Guillaume-François Rouelle, qui va introduir la paraula «base» en la química per referir-se a una substància que reacciona amb un àcid per donar forma sòlida a aquest (com a sal). Les bases són sobretot de gust amarg.[4]

Definició d'ArrheniusModifica

El químic suec Svante August Arrhenius en la seva teoria de la dissociació electrolítica del 1887[5] definí els àcids i les bases com:

  • Els àcids són substàncies que en dissolució aquosa es dissocien donant protons, cations hidrogen, H+. Per exemple:
 
  • Les bases són substàncies que en dissolució aquosa es dissocien donant anions hidroxil, OH¯. Per exemple:
 

A partir d'aquestes definicions una reacció entre un àcid, AH, i una base, BOH, s'ha de donar en dissolució aquosa. Ambdós es dissocien i els cations H+ i els anions OH¯ reaccionen per donar aigua i, mentre que la resta d'ions donen una sal dissociada segons la següent equació :

 

Així, per exemple, l'àcid clorhídric, HCl(aq) (clorur d'hidrogen en dissolució aquosa), reacciona amb una dissolució aquosa d'hidròxid de sodi, NaOH, per a produir clorur de sodi, NaCl, i aigua, segons l'equació química:

 

Les definicions d'Arrhenius d'acidesa i alcalinitat estan restringides a solucions aquoses i es refereixen a les concentracions d'ions del solvent. Sota aquesta definició l'àcid sulfúric i l'àcid clorhídric dissols en toluè no són àcides.

Definició de Brønsted–LowryModifica

 
El clorur d'hidrogen reacciona amb l'amoníac, ambdós en estat gas, per a donar un fum de clorur d'amoni

El químic danès Johannes Nicolaus Brønsted i l'anglès Thomas Martin Lowry, el 1923, publicaren de forma independent, una teoria sobre el comportament dels àcids i de les bases que superava la vigent, en aquells anys, teoria àcid-base d'Arrhenius, car podia aplicar-se a qualsevol tipus de dissolvent mentre que la d'Arrhenius només podia emprar-se per dissolucions aquoses.[6][7] Segons aquesta nova teoria:

  • Un àcid és una substància que pot cedir protons, H+.
  • Una base és una substància que pot acceptar protons, H+.

Ara una reacció àcid-base ve descrita per l'equació entre un àcid AH i una base B per un simple pas d'un hidrogen de l'àcid a la base:

 

Així dos gasos poden reaccionar sense estar en dissolució aquosa. Per exemple, el clorur d'hidrogen, HCl, reacciona amb l'amoníac, NH₃, per a produir anions clorur, Cl¯, i cations amoni, NH₄+, que formen el clorur d'amoni, NH₄Cl, sòlid que queda formant un fum, segons l'equació química:

 

Definició de LewisModifica

El químic nord-americà Gilbert Newton Lewis proposà l'any 1923[8] una teoria més general d'àcid i bases, que desenvolupà l'any 1938, i en la qual són definits així:

  • Un àcid és tota substància, molecular o iònica, que pot acceptar una parella d'electrons.
  • Una base és tota substància que pot cedir una parella d'electrons.

En una reacció àcid-base emprant àcids i bases de Lewis es produeix la cessió parcial, mitjançant enllaç covalent datiu, d'una parella d'electrons d'un àtom a un altre àtom. Per exemple el diòxid de carboni, CO₂, és un gas que té propietats àcides, mentre que l'òxid de calci, CaO, les té bàsiques. En reaccionar formen carbonat de calci, CaCO₃, el qual prové de la cessió d'una parella d'electrons de l'oxigen del CaO (base) al carboni del CO₂ (àcid):

 

ReferènciesModifica

  1. «Acid-base reaction». Encyclopædia Britannica. [Consulta: 1r maig 2013].
  2. Miessler & Tarr 1991, p. 166 – Table of discoveries attributes Antoine Lavoisier as the first to posit a scientific theory in relation to oxyacids.
  3. Paik, Seoung-Hey «Understanding the Relationship Among Arrhenius, Brønsted–Lowry, and Lewis Theories» (en anglès). Journal of Chemical Education, 92, 9, 2015, pàg. 1484–1489. Bibcode: 2015JChEd..92.1484P. DOI: 10.1021/ed500891w.
  4. Jensen, William B. «The origin of the term "base"». The Journal of Chemical Education, 83, 8, 2006, pàg. 1130. Bibcode: 2006JChEd..83.1130J. DOI: 10.1021/ed083p1130.
  5. Arrhenius, S.A. «On the Dissociation of Substances Dissolved in Water» (en anglès, traducció). Zeitschrift fur physikalische Chemie, I, 1887, pàg. 631.
  6. Brønsted, J.N. «Some Remarks on the Concept of Acids and Bases» (en anglès, traducció de l'original en francès). Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas [Països Baixos], 42, 1923, pàg. 718-728.
  7. Lowry, T.M Chem. Ind. [Londres], 42, 43, 1923.
  8. Lewis, G.N.. Valence and the Structure of Atoms and Molecules. Nova York: The Chemical Catalogue Co., 1923. 

Enllaços externsModifica

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Reacció àcid-base