Che cosa sono gli acidi e le basi?
Gli acidi hanno sapore aspro (limone, tamarindo, aceto) e fanno diventare rosso il tornasole blu. Le basi hanno sapore amaro e sono saponose al tatto; fanno diventare blu il tornasole rosso. Non assaggiare mai le sostanze del laboratorio: queste proprietà le impariamo solo dai cibi.
Acidi e basi di ogni giorno
- Acidi in natura: acido citrico (limone, arancia), acido lattico (yogurt), acido acetico (aceto), acido tartarico (tamarindo), acido metanoico (formiche, puntura d'ape, foglia di ortica), acido ossalico (pomodoro).
- Acidi minerali usati in laboratorio: acido cloridrico HCl, acido solforico H₂SO₄, acido nitrico HNO₃.
- Basi: idrossido di sodio NaOH, idrossido di potassio KOH, idrossido di calcio Ca(OH)₂ (acqua di calce), idrossido di magnesio Mg(OH)₂ (latte di magnesia), idrossido di ammonio NH₄OH.
Una base che si scioglie in acqua si chiama alcali (NaOH, KOH, Ca(OH)₂, NH₄OH). Tutti gli alcali sono basi, ma non tutte le basi sono alcali: l'ossido di rame è una base che non si scioglie.
Indicatori: naturali, sintetici e olfattivi
Un indicatore è una sostanza che cambia colore (o odore) per dirci se una soluzione è acida o basica.
| Indicatore | In acido | In base |
|---|---|---|
| Tornasole (dai licheni) | blu → rosso | rosso → blu |
| Fenolftaleina | incolore | rosa |
| Arancio di metile | rosso | giallo |
| Curcuma | resta gialla | rosso-bruno |
| Succo di cavolo rosso | rosso/rosa | verde |
Indicatori olfattivi
Alcune sostanze cambiano il loro odore. Cipolla e olio di chiodi di garofano perdono l'odore in una base; anche l'essenza di vaniglia perde l'odore in una base ma lo mantiene in un acido. Servono a chi non distingue i colori.
Una macchia gialla di curry alla curcuma diventa rosso-bruna se la lavi con il sapone, perché il sapone è basico. Se la risciacqui con acqua semplice, il giallo torna lentamente.
Proprietà chimiche di acidi e basi
1. Acido + metallo → sale + idrogeno gassoso
Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑. Il gas brucia con uno scoppiettio vicino a un fiammifero acceso: è il test dell'idrogeno.
2. Base + metallo (solo alcuni metalli)
2NaOH + Zn → Na₂ZnO₂ (zincato di sodio) + H₂↑. Non tutti i metalli lo fanno.
3. Acido + carbonato / idrogenocarbonato → sale + acqua + anidride carbonica
Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂↑ e NaHCO₃ + HCl → NaCl + H₂O + CO₂↑. La CO₂ rende lattiginosa l'acqua di calce (si forma CaCO₃); con troppa CO₂ torna limpida (si forma Ca(HCO₃)₂ solubile).
4. Acido + base → sale + acqua (neutralizzazione)
NaOH + HCl → NaCl + H₂O. Il calore che si sprigiona mostra che la reazione è esotermica.
5. Acido + ossido metallico → sale + acqua
CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O. L'ossido di rame nero si scioglie e la soluzione diventa verde-azzurra. Quindi gli ossidi metallici sono basici.
6. Base + ossido di non metallo → sale + acqua
Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O. Quindi gli ossidi dei non metalli sono acidi.
Che cosa hanno in comune tutti gli acidi e tutte le basi?
Anche glucosio e alcol contengono idrogeno, ma non sono acidi. La differenza: un acido libera ioni H⁺ in acqua. L'H⁺ non può restare da solo, quindi si lega a una molecola d'acqua e forma lo ione idronio H₃O⁺: HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻.
Una base libera ioni OH⁻ in acqua: NaOH → Na⁺ + OH⁻.
La prova con un circuito: una lampadina si accende se tra due elettrodi c'è HCl o H₂SO₄ diluito, ma non con una soluzione di glucosio o di alcol. Sono gli ioni a portare la corrente.
Perché serve l'acqua: il gas HCl secco non cambia il tornasole blu secco, ma il tornasole umido diventa rosso, perché gli ioni H⁺ si formano solo in acqua.
Diluire gli acidi in sicurezza
Mescolare un acido o una base con l'acqua sprigiona molto calore. Aggiungi sempre l'acido all'acqua, lentamente e mescolando, mai l'acqua all'acido: il calore può far schizzare la miscela e perfino rompere il vetro.
La neutralizzazione con gli ioni
H⁺ + OH⁻ → H₂O. Gli altri ioni (Na⁺, Cl⁻) restano nella soluzione e formano il sale.
Formule e definizioni chiave
- Acido in acqua: HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻
- Base in acqua: NaOH → Na⁺ + OH⁻
- Acido + metallo → sale + H₂
- Acido + carbonato/idrogenocarbonato → sale + H₂O + CO₂
- Acido + base → sale + acqua (neutralizzazione): H⁺ + OH⁻ → H₂O
- Ossido metallico + acido → sale + acqua (gli ossidi metallici sono basici)
- Ossido di non metallo + base → sale + acqua (gli ossidi dei non metalli sono acidi)
Esempi svolti
1. Si aggiungono granuli di zinco ad acido solforico diluito. Quale gas si forma e come lo riconosci?
Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂. Il gas è idrogeno. Avvicina un fiammifero acceso all'imboccatura della provetta: il gas brucia con uno scoppiettio.
2. Perché lo yogurt o i sottaceti prendono un cattivo sapore in un recipiente di ottone o di rame?
Yogurt e sottaceti contengono acidi. Gli acidi reagiscono con metalli come rame e zinco (nell'ottone) e formano sali dannosi e di cattivo sapore. Per questo si conservano in recipienti di vetro, acciaio o ceramica.
3. Un composto metallico A reagisce con HCl diluito e dà un gas che rende lattiginosa l'acqua di calce. La soluzione rimasta contiene cloruro di calcio. Identifica A e scrivi l'equazione.
Il gas è CO₂, quindi A è un carbonato; il sale è CaCl₂, quindi il metallo è il calcio. A = CaCO₃. CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂.
4. Un campione di ossido di rame è nero. Si aggiunge HCl diluito. Che cosa vedi e che cosa dimostra?
La polvere nera si scioglie e la soluzione diventa verde-azzurra (CuCl₂). CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O. Poiché un ossido metallico reagisce con un acido dando sale e acqua, gli ossidi metallici sono basici.
5. Perché il gas HCl secco non fa diventare rosso il tornasole blu secco?
Il comportamento acido dipende dagli ioni H⁺, e l'HCl libera H⁺ solo in acqua. Senza acqua non ci sono ioni H⁺, quindi il colore non cambia. Il tornasole umido diventa rosso.
Errori comuni
- Dire che ogni composto con idrogeno è un acido. Glucosio (C₆H₁₂O₆) e alcol contengono idrogeno ma non liberano ioni H⁺ in acqua.
- Aggiungere acqua all'acido concentrato. Aggiungi sempre l'acido lentamente all'acqua, mescolando.
- Pensare che tutte le basi siano alcali. Sono alcali solo le basi che si sciolgono in acqua.
- Scrivere che la fenolftaleina diventa rosa in acido. È incolore in acido e nelle soluzioni neutre, rosa solo nelle basi.