Cos’è una base coniugata

Una base coniugata è la specie chimica che si forma dopo che una molecola di un acido è stata neutralizzata, dalla perdita di un protone o dalla ricezione di una coppia di elettroni spaiati da una base di Lewis . In altre parole, è il prodotto di una reazione di neutralizzazione acido-base che proviene direttamente dall’acido originario. L’acido e la sua base coniugata sono chiamati collettivamente coppia coniugata acido-base.

Considera la seguente reazione di dissociazione di Brønsted-Lowry di un acido debole:

In questo caso, l’acido è il reagente a sinistra, HA, mentre a destra ci sono il protone rilasciato dall’acido e l’anione, A – , ^rimasto dopo che l’acido ha perso il suo protone.

Il motivo per cui è chiamata “base” coniugata è perché tutte le reazioni acido-base sono reversibili, anche quelle che coinvolgono acidi e basi forti (solo le loro costanti di equilibrio sono molto grandi e gli equilibri sono molto spostati verso i prodotti). ). Per questo motivo, ciò che in un senso rappresenta la ionizzazione di un acido come nell’equazione precedente, in senso opposto rappresenta la protonazione di una base, in questo caso l’anione A ^– .

Come riconoscere una base coniugata

Dal punto di vista del concetto di acidi e basi di Brønsted-Lowry, un acido è qualsiasi sostanza che, quando disciolta in acqua, è in grado di ionizzare e donare un protone. Poiché in tal modo viene convertito nella sua base coniugata, l’unica differenza tra un acido e la sua base coniugata è l’assenza di un protone.

Inoltre, poiché il protone è positivo e porta con sé il suo carb, la base coniugata finisce sempre con una carica elettrica inferiore di un’unità rispetto al rispettivo acido. Ciò significa che se l’acido è neutro, allora la sua base coniugata sarà negativa (carica -1), mentre se l’acido è positivo, allora la base coniugata sarà neutra, e così via.

Basi coniugate di acidi poliprotici

Riconoscere la base coniugata di un acido monoprotico è solitamente semplice, tuttavia, nei casi di acidi poliprotici, può sorgere una certa confusione. Questo perché a volte scriviamo reazioni di dissociazione per acidi come H ₂ SO ₄ come perdita di entrambi i protoni in un unico passaggio. Tuttavia, questo non è ciò che accade realmente.

Tutti gli acidi poliprototici subiscono successive reazioni di ionizzazione e in ciascuna reazione vengono convertiti in una diversa base coniugata. La confusione nasce dal fatto che la prima base coniugata di un acido poliprotico conserva ancora i protoni, quindi oltre alle basi coniugate, sono anche acidi che hanno una propria base coniugata.

Il seguente esempio lo illustrerà più chiaramente:

Esempio di acidi poliprotici e loro basi coniugate: acido fosforico

Forse uno dei migliori esempi per illustrare gli equilibri di un acido poliprotico è l’acido fosforico o H ₃ PO ₄ . Questo acido può perdere un totale di tre protoni secondo le seguenti reazioni di dissociazione reversibili:

In questo caso, l’acido fosforico (H ₃ PO ₄ ) diventa lo ione diidrogeno fosfato (H ₂ PO ₄ ^– ) dopo aver perso un protone, quindi questa è la sua base coniugata. Allo stesso tempo, H ₂ PO ₄ ^– è un acido che ionizza nella seconda reazione per diventare lo ione idrogeno fosfato (HPO ₄ ^2- ), quindi quest’ultimo è la base coniugata di H ₂ PO ₄ ^– , ma non da H ₃ PO ₄ . Lo stesso vale per lo ione HPO ₄ ^2- , anch’esso un acido (oltre ad essere la base coniugata di H₂ OP ₄ ^– ). Dopo la dissociazione, diventa lo ione fosfato, che è la sua base coniugata.

Relazione della base coniugata con l’acidità dell’acido

La struttura della base coniugata può fornire indizi sull’acidità di qualsiasi acido. Analizzare la stabilità di quella specie chimica e confrontarla con la stabilità strutturale dell’acido originale aiuta a spiegare perché alcuni acidi sono più forti di altri.

Tra i criteri di stabilità che possono essere applicati all’analisi della struttura sia dell’acido che della sua base coniugata vi sono:

• Ottetti completi: la teoria del legame di Lewis indica che le molecole con atomi che violano la regola dell’ottetto sono meno stabili di quelle in cui tutti gli atomi hanno ottetti completi.
• Strutture di risonanza: Le molecole con più strutture di risonanza sono più stabili di quelle con meno.
• Aromaticità: le specie che esibiscono aromaticità tendono ad essere molto più stabili di quelle che non sono aromatiche, e queste sono più stabili di quelle che sono antiaromatiche.
• Carica totale inferiore: in generale, le specie neutre tendono ad essere più stabili delle specie ioniche e, quando si confrontano gli ioni, quelle con meno carica netta tendono ad essere più stabili di quelle con più.
• Separazione delle cariche: quando si confrontano due strutture con la stessa carica netta, quella con meno cariche formali separate tra più atomi è più stabile di quelle con cariche più formali.
• Localizzazione delle cariche formali: tra due molecole che hanno le stesse cariche formali, sarà più stabile quella con le cariche negative sugli atomi più elettronegativi e quelle positive sugli atomi meno elettronegativi.

Il confronto tra l’acido e la sua base coniugata sulla base di questi criteri di stabilità consente di determinare se l’acido preferirà essere nella sua forma protonata (come HA, per esempio) o ionizzata (come A-, per esempio ⁾ .

Se la base coniugata è più stabile dell’acido, allora l’acido tenderà a dissociarsi e ad essere più forte, mentre se è vero il contrario, sarà un acido debole.

Esempi di coppie di basi acido:coniugate

Ecco alcuni esempi aggiuntivi di diversi acidi e le rispettive basi coniugate:

• Acido cloridrico e anione cloruro (HCl e Cl ^– )
• L’anione bicarbonato e l’anione carbonato (HCO ₃ ^– e CO ₃ ^2- )
• Il catione di ammonio e ammoniaca (NH ₄ ⁺ e NH ₃ )
• Acido solforico e bisolfato (H ₂ SO ₄ e HSO ₄ ^– )

Riferimenti

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• Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS e Herranz, ZR (2020). Chimica (10a ed.). New York City, NY: MCGRAW-HILL.
• Flowers, P., Theopold, K., Langley, R. e Robinson, W. (2019a). 14.1 Acidi e basi di Brønsted-Lowry – Chimica 2e . Estratto da https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/14-1-bronsted-lowry-acids-and-bases
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