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]

${\displaystyle CH_{3}CH_{2}O{\color {red}H}+H_{2}O\longrightarrow CH_{3}CH_{2}O^{-}+{\color {red}H}_{3}O^{+}}$

${\displaystyle N{\color {red}H}_{4}^{+}+OH^{-}\longrightarrow NH_{3}+{\color {red}H}_{2}O}$

${\displaystyle NH_{3}+BF_{3}\longrightarrow NH_{3}{\color {red}-}BF_{3}}$

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.

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]

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:

${\displaystyle HCl(aq)\longrightarrow H^{+}(aq)+Cl^{-}(aq)}$

• Les bases són substàncies que en dissolució aquosa es dissocien donant anions hidroxil, OH¯. Per exemple:

${\displaystyle NaOH(aq)\longrightarrow Na^{+}(aq)+OH^{-}(aq)}$

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 :

${\displaystyle AH(aq)+BOH(aq)\longrightarrow A^{-}(aq)+H^{+}(aq)+B^{+}(aq)+OH^{-}(aq)\longrightarrow A^{-}(aq)+B^{+}(aq)+H_{2}O(l)}$

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:

${\displaystyle HCl(aq)+NaOH(aq)\longrightarrow Na^{+}(aq)+Cl^{-}(aq)+H_{2}O(l)}$

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.

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:

${\displaystyle AH+B\rightleftharpoons A^{-}+HB^{+}}$

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:

${\displaystyle HCl(g)+NH_{3}(g)\rightleftharpoons NH_{4}^{+}Cl^{-}(s)}$

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):

${\displaystyle CO_{2}(g)+CaO(s)\longrightarrow CaCO_{3}(s)}$

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

• Acid-base Physiology: text on line