Clasificarea Compușilor Anorganci

Oxizi

Structură
Formulă Generală
Nomenclatură
Clasificare


Structură

Oxizii sunt compuși binari ai oxigenului. În moleculele oxizilor, atomul de oxigen este legat cu ambele lui valențe de un alt element. Principial, oxizii pot fi considerați derivați ai apei, presupunând că cei doi atomi de hidrogen ai apei sunt înlocuiți cu cantități echivalente de alți atomi: H2O, Cl2O, Na2O. 

Oxizii nu trebuie confundați cu peroxizii. Moleculele peroxizilor conțin doi atomi de oxigen legați direct între ei formând o grupă peroxo sau grupă peroxidică, \(-O-O-\). Grupa \(-O-O-\) este caracteristică apei oxigenate, H2O2, și derivaților săi. 

Formula generală
Formula generală a unui oxid este R2O, în care R reprezintă un element monovalent. De exemplu: Na2O, MgO, Al2O3, CO2, N2O5, SO3.

Nomenclatură
Denumirea generală a unui compus a oxigenului cu un alt element este oxid. De exemplu: oxid de calciu, oxid de fier, etc. La elementele care formează oxizi diferiți, proporțiile stoechiometrice între componente sunt indicate prin prefixele mono, bi/di, tri, tetra, penta, hexa, etc. legate de numele elementului la care se referă. De exemplu:
  • NO - monoxid de azot (Prefixul mono poate fi în general omis.) 
  • NO2 - dioxid de azot
  • N2O3trioxid de azot
  • N2O4tetraoxid de azot (tetroxid de azot)
  • N2O5pentaoxid de azot (pentoxid de azot)

Proporțiile dintre componentele unui oxid mai pot fi indicate, după modul general, prin numere romane reprezentând numărul de oxidare sau valența stoechiometrică a elementului, scrisă în paranteză imediat după numele acestuia. De exemplu:
  • FeO - oxid de fier (II)
  • Fe2O3 - oxid de fier (III)
  • Fe3O4 - oxid de fier (II, III) sau oxid de fier (II) și (III)

Se mai obișnuiește ca la oxizii acelor elemente care prezintă două valențe deosebite, să se indice prin terminațiile ic sau os, adăugate la numele elementului, în care din acești oxizi elementul are valența superioară sau inferioară. De exemplu:
  • FeO - oxid feros
  • Fe2O3 - oxid feric
  • Cu2O - oxid cupros
  • CuO - oxid cupric

Clasificare
După comportarea lor în reacția cu apa, oxizii se clasifică în anhidride și oxizi indiferenți

Anhidridele sunt oxizii care reacționează cu apa formând hidroxizi. După caracterul hidroxidului rezultat se deosebesc: oxizi acizi (anhidride acide) și oxizi bazici (anhidride bazice)

Oxizii acizi sunt oxizii care prin combinarea cu apa formează un acid. Exemple de oxizi acizi sunt SO2 - dioxid de sulf, SO3 - trioxid de sulf, P2O- pentaoxid de fosfor, CO2 - dioxid de carbon, care prin combinare cu apa formează acizii H2SO- acid sulfuros, H2SO4 - acid sulfuric, H3PO4 - acid fosforic, H2CO3 - acid carbonic:
 
     \(SO_{2} +H_{2}O\rightarrow H_2SO_{3}\)
     \(SO_3+H_2O\rightarrow H_2SO_4\)
     \(P_2O_5+3H_2O\rightarrow2H_3PO_4\)
     \(CO_2+H_2O\rightarrow H_2CO_3\)

Tot oxizi acizi sunt considerați și oxizii care, deși nu reacționează direct cu apa, rezultă prin deshidratarea unui acid, ca de exemplu, SiO2, dioxidul de siliciu. care rezultă prin deshidratarea acidului silicic, H2SiO4

     \(H_4SiO_4\rightarrow SiO_2+2H_2O\)

Oxizii acizi reacționează cu bazele formând o sare și apă. De exemplu, reacția dintre dioxidul de carbon și hidroxidul de calciu, prin care se obține carbonatul de calciu și apă:

     \(CO_2 + Ca(OH)_2\rightarrow CaCO_3+H_2O\)

Oxizii bazici sunt oxizii care prin combinare cu apa formează o bază. Exemple de oxizi bazici sunt: Na2O - oxid de sodiu, CaO - oxid de calciu, MgO - oxid de magneziu, BaO - oxid de bariu, care, prin combinare cu apa formează bazele: NaOH - hidroxid de sodiu, Ca(OH)2 - hidroxid de calciu, Mg(OH)2 - hidroxid de magneziu, Ba(OH)2 - hidroxid de bariu:

     \(Na_2O+H_2O\rightarrow 2NaOH\)
     \(CaO+H_2O\rightarrow Ca(OH)_2\)
     \(MgO+H_2O\rightarrow Mg(OH)_2\)
     \(BaO+H_2O\rightarrow Ba(OH)_2\)

Tot oxizi bazici sunt considerați și oxizii care, deși nu reacționează cu apa, rezultă prin deshidratarea unei baze, ca de exemplu CuO - oxid de cupru (II), care rezultă prin deshidratarea hidroxidului de cupru, Cu(OH)2:

     \(Cu(OH)_2\rightarrow CuO+H_2O\)

Oxizii bazici reacționează cu acizii formând o sare și apă. De exemplu, reacția dintre oxidul de cupru (II) și acidul sulfuric, prin care se obține sulfat de cupru și apă:

     \(CuO+H_2SO_4\rightarrow CuSO_4+H_2O\)

Majoritatea oxizilor de metale se comportă ca anhidride de baze. Există însă și oxizi metalici care au caracter de anhidride acide, de exemplu, trioxidul de crom, CrO3, sau heptoxidul de mangan, Mn2O7

Oxizii amfoteri (oxizii amfiprotici) sunt oxizii care în reacția cu apa formează fie o bază fie un acid, în funcție de condițiile de reacție. Exemplu de oxid amfoter este oxidul de aluminiu, Al2O3, căruia îi corespunde hidroxidul Al(OH)3, care poate disocia atât ca acid, cât și ca bază. 

Oxizii indiferenți sunt acei oxizi care nu sunt nici anhidride de baze, nici anhidride de acizi, ca de exemplu, CO - monoxidul de carbon, sau N2O - protoxid de azot. 

Proprietăți
Oxizii sunt, în general, substanțe stabile la încălzire; numai oxizii metalelor nobile (ruteniu, rodiu, paladiu, argint, osmiu, iridiu, platină și aur) se descompun prin încălzire slabă. Majoritatea oxizilor pot fi reduși, prin încălzire cu hidrogen sau cărbune, la elementul de la care provin. 

Metode generale de obținere
Oxizii de pot obține, în general, prin două metode: 

a) Combinarea elementelor cu oxigenulAceasta este o metodă directă și reprezintă de fapt oxidarea obișnuită a substanțelor simple. De exemplu: arderea cărbunelui, când rezultă oxizii carbonului; arderea sulfului cu formare de bioxid de sulf; arderea fosforului până la pentoxid de fosfor; sinteza apei. 

b) Descompunerea unor compuși care conțin oxigen în moleculăAceasta este o metodă indirectă, deoarece se pornește de la o combinație a elementului respectiv care conține oxigen în moleculă și se descompune ușor. De exemplu, pentru obținerea oxidului de calciu nu se recurge la oxidarea calciului, acesta fiind un metal scump, ci la descompunerea, la temperatură înaltă, a carbonatului de calciu:
 
     \(CaCO_3\overset{600 -1000^\circ C}{\rightarrow}CO_2+CaO\)

Oxizii metalelor prețioase (argint, aur, platină) nu se obțin decât prin metode indirecte. De exemplu, oxidul de argint se obține prin descompunerea carbonatului de argint:

     \(Ag_2CO_3\overset{100 -140^\circ C}{\rightarrow}CO_2+Ag_2O\)




 






 

Acizi

 

Structură

Teoria disocierii electrolitice
Conform teoriei acido-bazice a lui Svante A. Arrhenius, numită și teoria disociației electrolitice, un acid este orice substanță care conține în moleculă hidrogen și care la disocierea în soluție apoasă pune în libertate ca ioni pozitivi numai ioni de hidrogen, H+:
\(HR\rightleftharpoons H^++R^-\)\(HR\rightleftharpoons H^++R^-\)
De exemplu:
  • acidul clorhidric: \(HCl\rightleftharpoons H^++Cl^-\)
  • acidul sulfuric: \(H_2SO_4\rightleftharpoons 2H^++SO_4^2-\)
  • acidul fosforic: \(H_3PO_4\rightleftharpoons 3H^++PO_4^3-\)
Cum în apă nu pot exista ioni de hidrogen liberi, adică protoni, ci numai ioni de hidroniu, H3O+ (totuși, în practică, se folosește deseori simbolul H+ pentru a desemna H3O+), conform teoriei disociației electrolitice, acizii pot fi definiți drept substanțe care care prin schimb de protoni cu apa pot forma ioni de hidroniu, de exemplu:
\(HCl + H_2O\rightleftharpoons Cl^-+H_3O^+\)
Teoria disocierii electrolitice este limitată la reacții care au loc în apă. Cu timpul s-a observat că mulți alți compuși se comportă ca acizi și ca baze chiar dacă nu e prezentă apa. În 1923, doi chimiști, Thomas Lowry din Anglia și Johannes Brønsted din Danemarca, au ajuns independent și aproape simultan la definiții ale acizilor și bazelor care nu implică apa - ei au observat că proprietatea esențială a unei reacții acido-bazice este transferul unui ion de hidrogen, H+ (proton) de la o specie (acidul) la alta (baza). Conform teoriei acido-bazice Brønsted-Lowry, numită și teoria protolitică, un acid este o substanță care poate dona un proton (ion de hidrogen, H+), deci este un donor de protoni. 

Conform teoriei protolitice sunt considerați acizi și compuși precum ionul hidroniu, H3O+, ionul amoniu, NH4+, ionul carbonat acid, HCO3-.

Conform teoriei lui Arrhenius, HCl este un acid pentru că soluția lui apoasă conține ionul H3O+, ceea ce indică (eronat) faptul că un acid ar putea exista independent de prezența unei baze în soluție. Examinată din perspectiva teoriei protolitice, reacția
 
\(HCl + H_2O\rightarrow H_3O^+ + Cl^-\)
este o reacție acido-bazică pentru că un proton este transferat de la HCl (acidul) la H2O (baza). 
 
O dată ce o substanță a funcționat ca un donor de protoni, are potențialul de a accepta un proton (adică de a se comporta ca o bază) de la un alt donor de protoni. De exemplu, ionii acetat sunt produși prin reacția:
 
\(CH_3COOH + NH_3\rightarrow CH_3COO^- + NH_4^+\)
Ionul acetat poate acum să se comporte ca o bază, acceptând un proton de la un acid adecvat:

\(CH_3COO^- + HNO_3\rightarrow CH_3COOH + NO_3^-\)
 
Clasificare
După compoziția lor, acizii se pot clasifica în hidracizi și oxoacizi (sau acizi oxigenați)

Hidracizii sunt acizi binari, în care hidrogenul protonic este legat direct de un atom central, X - H; hidracizii conțin unul sau mai mulți atomi de hidrogen și un atom de nemetal.

Exemple de hidracizi: 
  • acid clorhidric, HCl
  • acid bromhidric, HBr
  • acid sulfhidric, H2S
  • acid selenhidric, H2Se.
Oxoacizii sunt acizi poliatomici care conțin hidrogenul protonic legat de oxigen, care la rândul lui este legat de atomul central, R - O - H; deci oxoacizii conțin pe lângă atomul sau atomii de hidrogen și nemetalul X, unul sau mai mulți atomi de oxigen.

Exemple de oxoacizi:
  • acid carbonic, H2CO3
  • acid azotic, HNO3
  • acid azotos, HNO2
  • acid fosforic, H3PO4
  • acid percloric, HClO4
Prin încălzire, oxoacizii se descompun în oxidul nemetalului respectiv (anhidridă acidă) și apă. De exemplu:
  • acidul fosforic: \(2H_3PO_4\rightarrow P_2O_5+3H_2O\)
  • acidul sulfuros: \(H_2SO_3\rightarrow SO_2+H_2O\)
Hidracizii, neavând oxigen în moleculă, nu dau anhidride prin descompunere. 

După numărul de atomi de hidrogen înlocuibili din moleculă, acizii se pot clasifica în acizi monobazici sau acizi monoprotici, dibazici sau acizi diprotici, tribazici sau acizi triprotici. De exemplu, acidul clorhidric, HCl, este un acid monobazic (monoprotic); acidul fosforic, H3PO4, este un acid tribazic (triprotic). 

Radicali acizi
Moleculele oxoacizilor conțin atomul caracteristic sau central (adică al elementului de la care derivă acidul) și atomii de oxigen grupați împreună. Acești atomi rămân grupați la fel în reacțiile chimice care au loc în soluții. De exemplu, în reacția dintre acidul azotic și hidroxidul de potasiu

\(HNO_3+KOH\rightarrow KNO_3+H_2O\)

atomii de azot și oxigen rămân grupați ca NO3 atât în acidul azotic, HNO3, cât și în azotatul de potasiu, KNO3; grupa de atomi NO3 se comportă ca și când ar fi un singur element. 

Grupele de atomi ale unor elemente diferite, care se mențin neschimbate în reacții chimice, comportându-se ca un singur element, se numesc radicali. Prin urmare, NO3 este un radical, și deoarece face parte dintr-un acid este un radical acid. 

Legându-se de un atom de element monovalent, radicalul NO3 este un radical monovalent. Radicalul acid SO4, care se găsește în acidul sulfuric, H2SO4, sau în sulfați, M2ISO4, este un radical bivalent. Radicalul acid PO4, care se găsește în molecula de acid fosforic, H3PO4, și de fosfați, M3IPO4, este un radical trivalent.

Acidul sulfuric poate da două tipuri de radicali, și anume: radicalul bivalent SO4 și radicalul monovalent HSO4. Tot așa, acidul fosforic poate da trei tipuri de radicali, și aume: radicalul trivalent PO4, radicalul bivalent HPO4 și radicalul monovalent H2PO4. Ei intră în compoziția sărurilor rezultate prin înlocuirea cu un metal, a 3, 2, sau 1 atomi de hidrogen din acid. Deci, valența unui radical acid este egală cu numărul atomilor de hidrogen care pot fi înlocuiți de un metal. 

Formula generală
Hidracizii, având molecula alcătuită din hidrogen și un nemetal, au formula generală HnX, unde n = 8-nr. grupei din care face parte nemetalul, iar X reprezintă un nemetal la stare de oxidare minimă. În moleculă, atomii de hidrogen sunt direct legați de atomul de nemetal, în concordanță cu valența acestuia. 

Oxoacizii, având molecula alcătuită din hidrogen și un radical acid, au formula generală HR, unde R reprezintă radicalul acid, sau, mai detaliat, HnXOy, unde X este un nemetal la stare de oxidare maximă sau intermediară. 
 
Formulele acizilor se scriu în ordinea următoare: întâi se scrie hidrogenul (componentul electropozitiv), apoi elementul central și la urmă oxigenul (de exemplu H2SO4 sau HNO3). 
 
Pentru scrierea formulelor de structură ale oxoacizilor se ține cont de faptul că, în moleculă, atomii de oxigen și grupele -OH sunt fixate de atomul central cu valențele respective. 

Nomenclatura
Hidracizii au numele format din numele elementului central căruia i s-a adăugat terminația hidric. De exemplu, HCl, acidul clorhidric; H2S, acidul sulfhidric

Oxoacizii au numele format din numele elementului central căruia i s-a adăugat terminația ic. De exemplu, H2CO3, acid carbonic; H2SO4, acid sulfuric. 

De obicei, la acizii oxigenați al căror nume este format în acest mod, gradul de oxidare al atomului central are valoare maximă, corespunzătoare poziției elementului în sistemul periodic. Excepție fac acizii elementelor clor, brom, iod, la care numele format după regula generală îl au acizii derivați de la elementul cu grad de oxidare cinci; HClO3, acidul cloric, HBrO3, acid bromic, HIO3, acidul iodic. Acidul derivat de la clorul cu grad de oxidare șapte, HClO4, se numește acid percloric (uneori, prefixul per se folosește în locul prefixului peroxo pentru a indica prezența grupei peroxo, -O-O-, într-un compus, de exemplu Na-O-O-Na, peroxidul de sodiu). Acidul derivat de la iodul cu grad de oxidare șapte, H5IO6, se numește acid periodic (acidul periodic are două forme: acidul metaperiodic, cu formula HIO4, și acidul ortoperiodic, cu forumla H5IO6). De la bromul cu grad de oxidare șapte nu se cunoaște un acid. 

Prin pierdere de apă, unii acizi pot trece în alți acizi, fără ca numărul de oxidare al atomului central să se schimbe. Numele acestor acizi menține sufixul ic, diferențierea de acidul inițial fiind indicată de un prefix. Prefixele orto și meta se folosesc pentru a diferenția acizii după "conținutul de apă". De exemplu:
 
H3BO3 - acid ortoboric         (HBO3)n - acizi metaborici
H4SiO4 - acid ortosilicic       (HSiO) - acizi metasilicici 

Prefixul piro se folosește pentru a indica un acid format din două molecule ale unui ortoacid, minus o moleculă de apă. De exemplu H2S2O7 - acid pirosulfuric, provenit din două molecule de acid sulfuric:

\(2H_2SO_4\rightarrow H_2S_2O_7+H_2O\)
 
Acizii la care atomul central are numărul de oxidare mai mic (cu 2) decât în acizii obișnuiți (cei cu numele terminat în ic), au numele format prin adăugarea sufixului os la numele elementului. De exemplu:
  • acidul cloros: \(H\overset{+3}{Cl}O_2\)
  • acidul azotos: \(H\overset{+3}{N}O_2\)
  • acidul fosforos: \(H_3\overset{+3}{P}O_3\)
La un număr de oxidare și mai mic al atomului central, acidul respectiv are numele format cu ajutorul prefixului hipo, menținându-se și sufixul os. De exemplu:
  • acidul hipocloros: \(H\overset{+1}{Cl}O\)
  • acidul hipofosforos: \(H_3\overset{+1}{P}O_2\)
Proprietăți
Acizii sunt substanțe gazoase sau lichide. La încălzire, oxoacizii se descompun în apă și anhidrida respectivă. Descompunerea variază cu stabilitatea acidului; astfel, acidul carbonic sau acidul sulfuros se descompun ușor, pe când acidul sulfuric sau acidul azotic nu se descompun decât la temperaturi înalte. 

Acizii sunt solubili în apă. Soluțiile de acizi prezintă o serie de proprietăți caracteristice:
a) Acțiunea acizilor asupra indicatorilor: 
Schimbarea culorii indicatorilor este o proprietate caracteristică tuturor soluțiilor de acizi. Acizii pot fi recunoscuți după culoarea pe care o ia indicatorul în prezența lor: 
  • soluția de turnesol se colorează în roșu
  • soluția de metiloranj devine portocaliu-roz
  • soluția de fenolftaleină rămâne incoloră.
b) Reacția dintre acizi și baze:
Acizii pot reacționa cu bazele formând o sare și apă. De exemplu, reacția dintre acidul clorhidric și hidroxidul de sodiu:

\(HCl+NaOH\rightarrow NaCl+H_2O\)
 
Din perspectiva teoriei disociației electrolitice (a lui S. A. Arrhenius), oricare acid conține ioni de hidrogen și oricare bază conține ioni de hidroxid, astfel că formarea apei are loc întotdeauna când un acid reacționează cu o bază:

\(H^++OH^-\rightarrow H_2O\), mai exact, \(H_3O^++OH^-\rightarrow 2H_2O\)
 
Reacția dintre un acid și o bază în urma căreia rezultă apă și o sare se numește reacție de neutralizare. Forma generală a reacției de neutralizare este:

\(\underset{acid}{HR}+\underset{baza}{M^IOH}\rightarrow \underset{sare}{M^IR}+\underset{apa}{H_2O}\)
 
Dacă toți atomii de hidrogen ai unui acid au intrat în reacție cu toate grupele hidroxid ale unei baze, se spune că acidul este saturat de către bază. În mod corespunzător, și o bază poate fi saturată de către un acid. Cantitățile de acid și bază care se saturează reciproc se numesc echivalente între ele. Astfel, un mol de HCl este echivalent cu un mol de NaOH, sau un mol de Ca(OH)2 este echivalent cu doi moli de HCl. Se înțelege că acizii și bazele în cantități echivalente între ele conțin atomi de hidrogen și grupe hidroxid în număr egal. 

c) Reacția dintre un acid și un oxid bazic:
Acizii pot reacționa cu oxizii bazici formând o sare și apă. De exemplu, în urma reacției între acidul sulfuric și oxidul de cupru rezultă sulfatul de cupru și apă:

\(H_2SO_4+CuO\rightarrow CuSO_4+H_2O\)

d) Reacția dintre un acid și o sare:
Între unii acizi și anumite săruri pot avea loc reacții de dublu schimb și rezultă o altă sare și un alt acid. Astfel, în urma reacției dintre acidul sulfuric și azotatul de sodiu rezultă sulfatul de sodiu și acidul azotic:

\(H_2SO_4+2NaNO_3\rightarrow Na_2SO_4+2HNO_3\)

e) Reacția dintre un acid și un metal:
Înlocuirea hidrogenului din molecula acizilor se poate face nu numai cu metalul din molecula bazei, ci și cu un metal în stare liberă. Însă, înlocuirea hidrogenului poate fi realizată numai cu un metal mai activ decât hidrogenul. De exemplu, acidul sulfuric reacționează cu zincul, reacție din care rezultă hidrogen și sulfat de zinc:

\(H_2SO_4+Zn\rightarrow ZnSO_4+H_2\)
 
f) Ionizarea acizilor:
Proprietățile caracteristice ale acizilor în soluție apoasă sunt datorate prezenței ionilor de hidroniu. Un acid este cu atât mai tare cu cât concentrația acestor ioni în soluție, la o diluție dată, este mai mare, adică cu cât acidul este mai puternic disociat. 

Acizii tari, cum sunt acizii clohidric și azotic, sunt practic complet disociați în ionii lor. Tăria acizilor slabi depinde de gradul lor de disociere. Prin urmare, o măsură a tăriei unui acid este dată de constanta de echilibru:
 
\(\frac{[H_3O^+][R^-]}{[HR][H_2O]}=K\)

Cum într-o soluție diluată concentrația apei de la numitor este o constantă (aprox. 55 mol/L), ea poate fi inclusă în constanta de echilibru:

\(\frac{[H_3O^+][R^-]}{[HR]}=K_a\)
Constanta Ka, caracteristică unui acid, este numită constantă de aciditate  sau constantă de ionizare. 

Ionizarea succesivă a acizilor poliprotici (polibazici)
Acizii poliprotici conțin în moleculă mai mulți atomi de hidrogen pe care îi pot pierde. Acești protoni sunt desprinși de molecula acidului în mod succesiv (în trepte), astfel încât există un număr de etape de ionizare, corespunzător numărului de protoni ce pot fi desprinși din molecula acidului. De exemplu, pentru cele două etape de ionizare ale acidului sulfuric, constantele de ionizare corespunzătoare sunt:

etapa 1: \(H_2SO_4+H_2O\rightleftharpoons H_3O^++HSO_4^-\; \; \; \; \; \; \; \; \; \; K_1=\frac{[H_3O^+][HSO_4^-]}{[H_2SO_4]}\approx 10^3\)
etapa 2: \(HSO_4^-+H_2O\rightleftharpoons H_3O^++SO_4^{2-}\; \; \; \; \; \; \; \; \; \; \; \; K_2=\frac{[H_3O^+][SO_4^{2-}]}{[HSO_4^-]}=1,2\cdot 10^{-2}\)

Similar, pentru cele trei etape de ionizare ale acidului fosforic, constantele de ionizare corespunzătoare sunt:

etapa 1: \(H_3PO_4+H_2O\rightleftharpoons H_3O^++H_2PO_4^-\; \; \; \; \; \; \; \; \; \; K_1=\frac{[H_3O^+][H_2PO_4^-]}{[H_3PO_4]}=7,5\cdot 10^{-3}\)
etapa 2: \(H_2PO_4^-+H_2O\rightleftharpoons H_3O^++HPO_4^{2-}\; \; \; \; \; \; \; \; \; \; \; \; K_2=\frac{[H_3O^+][HPO_4^{2-}]}{[H_2PO_4^-]}=6,2\cdot 10^-8\)
etapa 3: \(HPO_4^{2-+}H_2O\rightleftharpoons H_3O^++PO_4^{3-}\; \; \; \; \; \; \; \; \; \; \; \; \; \; K_3=\frac{[H_3O^+][PO_4^{3-}]}{[HPO_4^{2-}]}=4,8\cdot 10^-13\)

Valorile constantelor de ionizare succesivă ale acizilor poliprotici, K1, K2, K3, descresc în raporturile 1 : 10-5 : 10-10
Explicația tendinței descrescânde ca protonul să se desprindă în ionizări succesive constă în faptul că în prima etapă, protonul (care are sarcină pozitivă) se desprinde dintr-o moleculă neutră, pe când în celelalte etape, el se desprinde dintr-un ion cu sarcină negativă din ce în ce mai mare. Din cauza atracției electrostatice, îndepărtarea protonului devine deci din ce în ce mai anevoioasă în etape succesive. 

Disociația în trepte a acizilor poliprotici explică formarea sărurilor acide. 
Valorile constantelor de aciditate se determină experimental prin măsurarea pH-ului soluțiilor de acizi. 

Metode generale de obținere
Acizii pot fi preparați prin diferite metode:

a) Combinarea cu apă a unor oxizi acizi. De exemplu, acidul fosforic rezultă din combinarea cu apă a pentaoxidului de fosfor:

\(P_2O_5+3H_2O\rightarrow 2H_3PO_4\)

b) Acțiunea unui acid asupra unei sări. Reacția de dublu schimb se poate nota după forma generală:

\(\underset{acid}{HR_1}+\underset{sare}{MR_2}\rightleftharpoons \underset{acid}{HR_2}+\underset{sare}{MR_1}\)
R1 și R2 reprezintă radicalii acizi monovalenți
 
Procesul este de obicei reversibil. Pentru ca reacția să se desfășoare într-un singur sens trebuie să se îndepărteze unul dintre produsele de reacție din amestecul de reacție. Aceasta se poate realiza în mai multe moduri:
1. Acidul rezultat este volatil sau se descompune ușor într-o anhidridă acidă volatilă și apă. De exemplu, dacă peste azotat de potasiu se toarnă acid sulfuric concentrat se formează acid azotic și sulfat acid de potasiu:

\(KNO_3+H_2SO_4\rightarrow HNO_3+KHSO_4\)
Acidul azotic fiind volatil se degajă din amestecul de reacție și poate fi separat.

Similar, dacă peste carbonat de calciu se toarnă acid clorhidric rezultă acid carbonic care se descompunde imediat în dioxid de carbon și apă:

\(CaCO_3+2HCl\rightarrow CaCl_2+\underbrace{CO_2+H_2O}\)

2. Acidul rezultat este greu solubil. De exemplu, pentru obținerea acidului silicic, respectiv a gelului de bioxid de siliciu, se tratează o soluție de silicat de sodiu cu acid clorhidric. 

c) Combinarea directă a hidrogenului cu nemetalul este o metodă generală de preparare a hidracizilor. De exemplu, sinteza acidului clorhidric din hidrogen și clor este o metodă aplicată industrial:

\(H_2+Cl_2\rightarrow 2HCl\)
 
 

Teoria acido-bazică Lewis

Teoria acido-bazică Lewis

Conform teoriei protolitice amoniacul este o bază, deci acceptă un proton de la un acid. Atunci când încercăm să înțelegem ce anume face ca amoniacul, NH3, să fie o bază, observăm că asta se întâmplă deoarece atomul de azot are o pereche de electroni neparticipanți(*) de care protonul se poate atașa. Pe de altă parte, avem ionul de hidrogen, H+, care caută un centru de sarcină negativă care-l face să părăsească un acid, precum acidul clorhidric, HCl, pentru a se atașa de molecula de amoniu. Cu alte cuvinte, prezența unei perechi de electroni neparticipanți în norul electronic al bazei este ceea ce determină transferul protonului:

\(HCl+:NH_3\rightarrow NH_4^+Cl^-\)

(*)O pereche de electroni, numită de cele mai multe ori pereche de electroni neparticipanți, sau pereche Lewis, este formată din doi electroni care se găsesc în același orbital molecular, și prezintă spini opuși. Conceptul a fost introdus chiar de Gilbert N. Lewis în 1916. 

Într-un sens mai larg decât J. N Brønsted și T. M. Lowry, Gilbert. N. Lewis a definit drept bază o substanță capabilă să furnizeze o pereche de electroni pentru o legătură, iar ca acid, o substanță care poate accepta o pereche de electroni. 

Prin urmare, reacția fundamentală între acizi și baze corespunde la formarea unei legături coordinative, bazele având rol de donor, iar acizii, rol de acceptor. De exemplu, după concepția lui Lewis, la formarea ionului de hidroniu, H3O+
 
\(H^++H:\ddot{\underset{\cdot \cdot }{O}}:H\rightarrow \left [ H :\underset{\ddot{H}}{\ddot{O}}:H \right ]^+\)
ionul H+ este acidul, iar H2O este baza, după cum la formarea ionului complex hexaaquocrom, [Cr(OH2)6]3+, ionul Cr3+ este acidul, iar H2O este baza:

\(Cr^{3++6}H_2O\rightarrow [Cr(:OH_2)_6]^{3+}\)

Teoria acido-bazică Lewis oferă unul dintre cele mai importante instrumente create vreodată pentru sistematizarea unui număr enorm de reacții chimice. Deoarece comportamentul unei substanțe drept acid sau bază nu are nimic de-a face cu transferul de protoni, multe alte tipuri de reacții pot fi considerate reacții acido bazice. De exemplu, în reacția dintre clorura de bor, BCl3, și amoniac, molecula BCl3, se atașează de perechea de electroni neparticipanți de pe molecula de amoniac pentru a forma o legătură covalentă coordinativă:

\(BCl_3+:NH_3\rightarrow H_3N:BCl_3\)

Astfel, conform teoriei Lewis, această reacție este o reacție acido-bazică. Produsul unei astfel de reacții este rezultat din adiția a două molecule complete; în consecință, produsul acestei reacții este adesea numit aduct acido-bazic sau complex acido-bazic. Clorura de bor acceptă o pereche de electroni neparticipanți, deci este un acid Lewis. Amoniacul donează o pereche de electroni neparticipanți, deci este o bază Lewis. Conform acestor definiții este posibil să prezicem ce tipuri de specii chimice se vor comporta ca acizi și ca baze Lewis. 

Următoarele tipuri de specii chimice sunt acizi Lewis:
  • atomi, ioni sau molecule care au mai puțin de 8 electroni pe stratul de valență al atomului principal (au un octet incomplet); de exemplu BCl3 - triclorura de bor, AlCl3 - clorura de aluminiu, BF3 - trifluorura de bor; 
  • majoritatea cationilor (ioni pozitivi), din moment ce pot accepta electroni; de exemplu Cu2+, Fe3+, Fe2+, etc;
  • molecule în care atomul central poate accepta perechi de electroni chiar dacă are deja un octet în stratul de valență (octet extins); de exemplu SiBr4 - tetrabromură de siliciu, SiF4 - tetrafluorură de siliciu, SbCl3 - triclorură de antimoniu, PCl5 - pentaclorură de fosfor, SF4 - tetrafluorură de sulf;
  • molecule care au legături multiple între doi atomi de electronegativități diferite, de exemplu dioxidul de sulf, SO2, sau dioxidul de carbon, CO2
Următoarele tipuri de specii chimice sunt baze Lewis:
  • anionii (ionii negativi) care au o pereche de electroni neparticipanți; de exemplu H- - anionul de hidrogen, OH- - ionul hidroxid, F- - ionul fluorură, PO43- - ionul fosfat;
  • molecule neutre care au o pereche de electroni neparticipanți; de exemplu NH3 - amoniacul, H2O - apa, PH3 - fosfina, speciile de tipul R3N, ROH, unde R reprezintă un radical acid (vezi Radicali Acizi). 










 

Teoria transferului de protoni (protolitică)

Teoria transferului de protoni (teoria protolitică sau teoria Brønsted-Lowry)
Au fost definiți drept acizi combinațiile chimice care în soluții apoase formează ioni de hidroniu, H3O+, iar drept baze combinațiile care în soluții apoase disociază ioni de hidroxid, OH-. Aceste definiții sunt adecvate însă numai pentru soluții apoase, deoarece în soluțiile neapoase nu se pot forma, de exemplu, ioni de hidroniu. 

Ca urmare, J. N. Brønsted  în Danemarca și T. M. Lowry în Anglia, aproape simultan, în 1923, au definit drept acid orice substanță care are tendința de a ceda protoni, iar drept bază, orice substanță care are tendința de accepta protoni. Deci, conform acestei definiții, relația între un acid și o bază este:

\(Acid \rightleftharpoons Baza +H^+\)

Această relație reprezintă un transfer de protoni, adică este o reacție protolitică

Acidul și baza între care există o astfel de legătură se numesc corespondente sau conjugate, iar întregul sistem se numește un sistem acid-bază. În acest sens, acidul clorhidric sau acidul acetic, având tendința de a ceda protoni sunt acizi, iar apa, având tendința de a accepta protoni, este o bază:

\(HCl+H_2O\rightleftharpoons Cl^-+H_3O^+\)

\(CH_3COOH+H_2O\rightleftharpoons CH_3COO^-+H_3O^+\)

Însă, în reacția reversibilă dintre amoniac și apă, NH3 și OH-, deoarece pot accepta protoni, sunt baze, iar NH4+ și H2O, cedând protoni, sunt acizi:

\(NH_3+H_2O\rightleftharpoons NH_4^++OH^-\) 

Pe baza teoriei transferului de protoni (teoriei protolitice) a acizilor și bazelor se poate înțelege de ce caracterul acid sau bazic al unei combinații nu depinde numai de caracterul chimic al acestora, ci și de natura dizolvantului. Astfel, cu cât este mai mare afinitatea moleculelor de dizolvant pentru protoni, cu atât se manifestă mai puternic caracterul acid al substanței dizolvate. Apa fiind un dizolvant cu caracter bazic, echilibrul protolitic al acizilor tari dizolvați în apă este practic deplasat spre dreapta; de aceea, acizii tari sunt aproape total disociați în apă:

\(HX+H_2O\rightleftharpoons H_3O^++X^-\)

Amoniacul lichid (adică lichefiat) prezintă proprietăți bazice mai accentuate decât apa. După cum apa disociază (deși în slabă măsură) în ioni H3O+ și OH-:

\(2H_2O\rightleftharpoons H_3O^++OH^-\)

tot așa amoniacul lichid poate disocia în ioni NH4+ și NH2-:

\(2NH_3\rightleftharpoons NH_4^++NH_2^-\)

Comun acestor două procese de disociație este cedearea unui proton de către o moleculă de dizolvant unei alte molecule de dizolvant, așa încât rezultă o pereche de ioni cu sarcini contrare. 

Însă pe când produsul ionic al apei (constanta de autoprotoliză) este 1,1 x 10-14, în cazul amoniacului, constanta de autoprotoliză este 1,0 x 10-22

În mediu de amoniac lichid, un acid va da naștere ionilor NH4+. Întrucât însă amoniacul lichid este mai bazic decât apa, acizii care în apă sunt acizi slabi, în amoniac vor fi acizi tari. Chiar apa în amoniac lichid este un acid tare. 

În mod similar se comportă și alcoolul metilic sau alcoolul etilic. Un acid în soluție de alcool metilic dă naștere la ioni CH3OH2+, după cum în soluție de alcool etilic dă naștere la ioni C2H5OH2+. Caracterul bazic al acestor dizolvanți este mai pronunțat decât al apei, dar mai slab decât al amoniacului lichid. 

Acidul sulfuric are o aciditate mare și o constantă de autoprotoliză foarte mică. De aceea, substanțe care în soluții apoase se comportă ca acizi au caracter bazic în acid sulfuric concentrat, întrucât acceptă un proton de la acesta. 

Există și unii dizolvanți care nu pot nici accepta nici ceda protoni, ca de exemplu hidrocarburile. În asemenea dizolvanți nu se pot produce disociații electrolitice. 


Teoria transferului de protoni ajută la înțelegerea mecanismului catalizei omogene prin acizi și baze. La cataliza prin acizi, ca și la cataliza prin baze, se formează un produs intermediar. În primul caz, produsul intermediar rezultă prin acceptarea de către moleculele unuia dintre reactanți a unui proton cedat de catalizator. În al doilea caz, produsul intermediar rezultă prin cedarea unui proton de către molecula unuia dintre reactanți. Produsul intermediar format se descompune imediat, și anume la cataliza acidă el cedează un proton, iar la cataliza bazică el acceptă un proton, regenerând în modul acesta catalizatorul. 
Exemple de cataliză omogenă se întâlnesc la multe reacții organice, de exemplu la condensări de aldehide, esterificări, polimerizări de hidrocarburi olefinice, etc. 





 

Baze

Structură

Teoria disociației electrolitice

Conform teoriei acido-bazice a lui Svante A. Arrhenius, numită și teoria disociației electrolitice, o bază este orice substanță care conține în moleculă ioni de hidroxid, OH-, sau grupa hidroxil, OH, și care la disocierea în soluție apoasă pune în libertate ca ioni negativi numai ioni de hidroxid.

\(MOH\rightarrow M^++OH^-\)

De exemplu:
  • hidroxidul de sodiu: \(NaOH\rightarrow Na^++OH^-\)
  • hidroxidul de calciu: \(Ca(OH)_2\rightarrow Ca^{2++2}OH^-\)

Teoria protolitică
Teoria disocierii electrolitice este limitată la reacții care au loc în apă. Cu timpul s-a observat că mulți alți compuși se comportă ca acizi și ca baze chiar dacă nu e prezentă apa. În 1923, doi chimiști, Thomas Lowry din Anglia și Johannes Brønsted din Danemarca, au ajuns independent și aproape simultan la definiții ale acizilor și bazelor care nu implică apa - ei au observat că proprietatea esențială a unei reacții acido-bazice este transferul unui ion de hidrogen, H+ (proton) de la o specie (acidul) la alta (baza). Conform teoriei acido-bazice Brønsted-Lowry, numită și teoria protolitică, o bază este orice substanță care poate accepta un proton (ion de hidrogen, H+), deci este un acceptor de protoni. 

Conform teoriei protolitice, sunt considerate baze și molecule precum amoniacul, NH3, dar și anioni precum Cl-, ionul sulfat, SO42-, ionul carbonat, CO32-, ionul sulfat acid HSO4- - deoarece acești ioni pot accepta protoni trecând în acizii corespunzători. De exemplu:
  • amoniacul, în reacție cu acidul acetic acceptă un proton transformându-se în ionul amoniu: 
    \(NH_3+CH_3COOH\rightarrow NH_4^++CH_3COO^-\)
  • la rândul lui, anionul acetat poate să se comporte ca o bază, acceptând un proton și trecând astfel în acidul acetic:
    \(CH_3COO^-+HNO_3\rightarrow CH_3COOH+NO_3^-\)
În continuare, ne vom referi la baze din perspectiva teoriei disociației electrolitice, adică va fi vorba despre acele specii chimice care respectă definiția de baze propusă de S. A. Arrhenius.

Formula generală
Formula generală a bazelor este MI(OH), unde MI reprezintă un metal monovalent. Întrucât grupa OH este un radical monovalent, se poate construi formula bazei, cunoscând valența metalului. La scrierea formulei de structură a unei baze se ține seamă că grupa hidroxil este legată prin atomul de oxigen de metalul bazei. De exemplu:
 
\(HO\, -\,Ca \, -\, OH\)          \(Na \, -\, OH\)

 \(HO\, -\, \underset{\underset{OH}{|}}{Al}\, -\, OH\)

Nomenclatura
Marea majoritate a bazelor se mai numesc hidroxizi, deoarece sunt considerate ca rezultate prin combinarea oxidului metalului cu apa. Numele lor se alcătuiește din cuvântul hidroxid, legat de numele metalului prin prepoziția de. De exemplu, NaOH - hidroxid de sodiu, Al(OH)3 - hidroxid de aluminiu. 

Dacă de la un metal derivă mai mulți hidroxizi, deosebirea între ei se face, ca și în cazul oxizilor, prin indicarea valenței, cu cifre romane, după numele metalului, sau prin terminația os sau ic adăugată la numele metalului. De exemplu:
  • Fe(OH)2 - hidroxid de fier (II) sau hidroxid feros 
  • Fe(OH)3 - hidroxid de fier (III) sau hidroxid feric
Proprietăți
În majoritatea cazurilor, bazele sunt substanțe solide. După solubilitatea lor în apă, ele se clasifică în baze solubile și baze insolubile. Hidroxizii metalelor alcaline, LiOH, NaOH, KOH, RbOH și CsOH, care sunt numiți și alcalii, sunt solubili în apă; hidroxizii metalelor alcalino-pământoase, Be(OH)2, Mg(OH)2, Sr(OH)2 și Ba(OH)2 sunt mai puțin solubili în apă. O soluție de bază se mai numește și soluție alcalină. Exemple de baze insolubile sunt hidroxizii de cupru, de fier, de aluminiu. 

Hidroxizii metalelor alcaline în soluție concentrată sunt asemănători cu leșia, lunecoși la frecare (asemănători săpunului) și în atingerea cu pielea o irită, producând chiar răni, care sunt dureroase și se vindecă greu. Din această cauză sunt numite substanțe caustice. De altfel, hidroxidul de sodiu și hidroxidul de potasiu, substanțe la care această proprietate este cea mai accentuată, sunt cunoscute în practică sub numele de sodă caustică și potasă caustică. 

La temperaturi înalte, bazele alcaline ușor solubile se topesc, iar cele mai greu solubile se descompun în oxidul bazic corespunzător și apă. De exemplu, hidroxidul de calciu se descompune în oxid de calciu și apă:

\(Ca(OH)_2\overset{\approx 500^\circ C}{\rightarrow} CaO+H_2O\)

La fel se descompun și bazele insolubile, de exemplu hidroxidul de cupru:

\(Cu(OH)_2\overset{t^\circ C}{\rightarrow} CuO+H_2O\)

În soluție sau în topitură, bazele alcaline conduc curentul electric. 

Faptul că bazele, prin descompunere, dau apă și un oxid a dus la folosirea, în mod greșit, a termenului de hidrat în loc de hidroxid (de exemplu hidrat de sodiu, hidrat de potasiu). Aceste două noțiuni nu trebuie confundate: hidroxidul conține în moleculă grupa hidroxilOH, pe când hidratul conține apă (de cristalizare) sub formă de molecule întregi. Hidratul prin încălzire, poate pierde, parțial sau total, apa de cristalizare, fără însă ca substanța în sine să se descompună, pe când în cazul hidroxidului, apa rezultă numai în urma descompunerii substanței însăși. De exemplu, prin încălzire CuSOx 5 H2O pierde apa și rezultă sulfatul anhidru, CuSO4, pe când prin încălzirea hidroxidului de cupru, Cu(OH)2, se obțin apă și oxid de cupru, CuO. 

Bazele se caracterizează prin următoarele reacții:
a) Acțiunea bazelor alcaline asupra indicatorilor: Schimbarea culorii indicatorilor este o proprietate caracteristică atât acizilor, cât și bazelor. Bazele pot fi recunoscute după culoarea pe care o ia indicatorul în prezența lor. De exemplu:
  • soluția de turnesol se colorează în albastru
  • soluția de metiloranj se colorează în galben
  • soluția de fenolftaleină se colorează în roșu
b) Reacția dintre baze alcaline și acizi: Bazele alcaline reacționează cu acizii și rezultă o sare și apă. De exemplu, reacția dintre hidroxidul de sodiu și acidul clorhidric:

\(NaOH+HCl\rightarrow NaCl+H_2O\)
 
Din perspectiva teoriei disociației electrolitice (a lui S. A. Arrhenius), oricare acid conține ioni de hidrogen și oricare bază conține ioni de hidroxid, astfel că formarea apei are loc întotdeauna când un acid reacționează cu o bază:
 

\(H^++OH^-\rightarrow H_2O\), mai exact, \(H_3O^++OH^-\rightarrow 2H_2O\)

Reacția dintre un acid și o bază în urma căreia rezultă apă și o sare se numește reacție de neutralizare. Forma generală a reacției de neutralizare este:

\(\underset{acid}{HR}+\underset{baza}{M^IOH}\rightarrow \underset{sare}{M^IR}+\underset{apa}{H_2O}\)

Dacă toți atomii de hidrogen ai unui acid au intrat în reacție cu toate grupele hidroxid ale unei baze, se spune că acidul este saturat de către bază. În mod corespunzător, și o bază poate fi saturată de către un acid. Cantitățile de acid și bază care se saturează reciproc se numesc echivalente între ele. Astfel, un mol de HCl este echivalent cu un mol de NaOH, sau un mol de Ca(OH)2 este echivalent cu doi moli de HCl. Se înțelege că acizii și bazele în cantități echivalente între ele conțin atomi de hidrogen și grupe hidroxid în număr egal.

c) Reacția dintre o bază alcalină și un oxid acid: Bazele alcaline reacționează cu oxizii acizi formând o sare și apă. De exemplu, din reacția între hidroxidul de sodiu și dioxidul de carbon rezultă carbonatul de sodiu și apă:

\(2NaOH+CO_2\rightarrow Na_2CO_3+H_2O\)

Și bazele insolubile pot reacționa cu acizii formând o sare și apă. De exemplu, hidroxidul de cupru cu acidul sulfuric formează sulfatul de cupru:

\(Cu(OH)_2+H_2SO_4\rightarrow CuSO_4+2H_2O\)

d) Reacția dintre o bază alcalină și o sare. Între bazele alcaline și unele săruri pot avea loc reacții de dublu schimb din care rezultă o altă bază și o altă sare. De exemplu, din reacția între hidroxidul de sodiu și clorura ferică rezultă hidroxidul feric și clorura de sodiu:

\(3NaOH + FeCl_3\rightarrow Fe(OH)_3+3NaCl\)

e) Reacția dintre o bază alcalină și un metal. Soluțiile hidroxizilor de sodiu sau de potasiu reacționează cu unele metale punând hidrogen în libertate. De exemplu, în urma reacției între hidroxidul de sodiu și aluminiu rezultă aluminat de sodiu și hidrogen:

\(2NaOH +2Al+6H_2O\rightarrow 2Na[Al(OH)_4]+3H_2O\)

f) Ionizarea bazelor: Proprietățile caracteristice ale bazelor în soluție sunt datorate prezenței ionilor OH-. O bază este cu atât mai tare cu cât concentrația ionilor OH- în soluție, la o diluție dată, este mai mare, adică cu cât baza este mai puternic disociată. 

Bazele tari, cum sunt hidroxizii de sodiu și de potasiu, sunt aproape toate echivalente între ele, întrucât toate sunt aproape complet disociate. Bazele slabe se clasifică după valoarea constantei de bazicitate:

\(K_b=\frac{[M^+][OH^-]}{[MOH]}\)
care este o măsură a tăriei unei baze. 

Valorile constantelor de bazicitate se determină experimental prin măsurarea pH-ului soluțiilor bazelor. 

Din punctul de vedere al compoziției nu există o diferență principală între baze și acizi oxigenați. Există chiar mulți hidroxizi care se pot comporta atât ca acizi cât și ca baze; asemenea hidroxizi se numesc amfoteri. Comportarea hidroxizilor în soluție ca acid sau ca bază depinde de modul în care are loc disocierea lor:

- dacă hidroxidul poate ceda protoni moleculelor de apă, el este un acid:  \(X- O -\! \wr\! - H+H_2O\rightleftharpoons H_3O^++XO^-\)

- dacă hidroxidul poate pune în libertate ioni de hidroxid, el este o bază: \(X- O -\! \wr\! - H\rightleftharpoons X^++OH^-\)

- dacă același hidroxid poate atât ceda protoni moleculelor de apă, cât și pune în libertate ioni de hidroxid, el este amfoter: \(X^++OH^-+H_2O\rightleftharpoons XO^-+H_3O^+\)

Aplicând legea acțiunii maselor: \(\frac{[XO^-][H_3O^+]}{[X^+][OH^-]}=constanta\)

și ținând seama că: \([H_3O^+][OH^-]=constanta\)
rezultă că, în ambele cazuri, echilibrul este dependent de concentrația ionilor H3O+, respectiv a ionilor OH-. Astfel, dacă în soluție se adaugă un acid tare, deci se mărește concentrația ionilor H3O+ (și, implicit, scade concentrația ionilor OH-), atunci raportul [XO-] / [X+] trebuie să scadă în mod corespunzător; deci echilibrul se deplasează de la stânga spre dreapta. La fel, la adăugare de o bază tare crește concentrația ionilor OH-, raportul [XO-] / [X+] crește, adică echilibrul se deplasează de la dreapta spre stânga. 

Prin urmare, hidroxizii amfoteri se comportă față de acizi tari ca baze, iar față de baze ca acizi. 

Modul diferit de disociație a hidroxizilor depinde de legăturile care există între elementul cetral, oxigen și hidrogen. Forța acestor legături depinde de electronegativitatea elementului central. 

Cu cât elementul central este mai electronegativ, cu atât poate atrage mai puternic - prin intermediul oxigenului - electronul atomului de hidrogen din grupa hidroxil și deci cu atât mai ușor hidrogenul, prin pierderea electronului său, trece în stare de ion H+, adică ionizarea hidroxilului se face după tipul acid (XO-, H3O+). Deci, un hidroxid este un acid cu atât mai tare cu cât electronegativitatea elementului său central este mai mare. 

Când electronegativitatea elementului central scade sub o anumită valoare, atunci hidrogenul - prin intermediul oxigenului din grupa hidroxil - manifestă o atracție pentru electronul cu care atomul elementului central X participă la legătura X - O și ionizarea hidroxidului se face după tipul bazic (X+, OH-). Deci, un hidroxid este o bază cu atât mai tare, cu cât electronegativitatea elementului central este mai mică. 

Aceste două tendințe se echilibrează când electronegativitatea elementului central are valoarea apropiată de 1,7. Ca exemple se indică în tabelul de mai jos elementele din a doua perioadă și caracterul hidroxizilor lor superiori (valorile electronegativității pentru elementele din tabel au fost preluate din Chimia Generală a lui Linus Pauling):
 
 
Elementul Electronegativitatea Hidroxidul Hidroxidul
    XOm(OH)n (*) Caracterul
Na 0,9 NaOH Bază tare
Mg 1,2 Mg(OH)2 Bază slabă
Al 1,5 Al(OH)3 Amfoter
Si 1,8 H4SiO4 Acid foarte slab
P 2,1 H3PO4 Acid slab
S 2,5 H2SO4 Acid tare
Cl 2,8 HClO4 Acid foarte tare
(*)La elementele cu valență mai mare, formula hidroxizilor nu mai este X(OH)n, deoarece o parte din grupele hidroxil dispar datorită eliminării de apă.

Metode generale de obținere
Bazele se pot obține prin mai multe metode:

a) Combinarea cu apă a unor oxizi baziciMajoritatea oxizilor de metale, mai ales a celor cu valențe inferioare, sunt anhidride bazice. Totuși, metoda se aplică în măsură mai mică decât în cazul acizilor, deoarece anhidridele bazice se combină mai greu cu apa decât anhidridele acide. De exemplu, prin această metodă se prepară hidroxidul de calciu din oxid de calciu:

\(CaO+H_2O\rightarrow Ca(OH)_2\)

b) Descompunerea apei de către unele metaleÎnlocuirea hidrogenului din molecula de apă cu un metal constituie una dintre metodele obișnuite de preparare a hidroxizilor metalelor alcaline. De exemplu, reacția între apă și sodiu. când se formează hidroxidul de sodiu:

\(2Na+2H_2O\rightarrow 2NaOH+H_2\)

c) Electroliza soluțiilor sărurilor unor metale puternic electropozitiveDe exemplu, prin electroliza soluțiilor sărurilor de potasiu sau de sodiu se formează la catod hidroxidul metalului respectiv. Așa se prepară industrial hidroxidul de sodiu din clorura de sodiu. 

d) Obținerea bazelor din săruri prin reacție de dublu schimb. Reacția se poate nota în forma generală:

\(\underset{sare}{M_1^IX}+\underset{baza}{M_2^IOH}\rightarrow \underset{acid}{M_1^IOH}+\underset{sare}{M_2^IX}\)
unde M1I și M2I reprezintă metale monovalente.

Aceasta reprezintă cea mai importantă metodă de obținere a bazelor (cu excepția hidroxizilor de sodiu, potasiu și calciu), în special în cazurile când:
1. Baza formată sau anhidrida ei este volatilă și se poate îndepărta din amestecul de reacție, ridicând temperatura. În acest fel se poate obține amonicul, din clorura de amoniu și hidroxidul de calciu:

\(2NH_4Cl+Ca(OH)_2\rightarrow CaCl_2+2NH_3+2H_2O\)

2. Baza formată este insolubilă sau greu solubilă. De exemplu, din reacția dintre sulfatul de cupru, CuSO4 și hidroxidul de sodiu rezultă hidroxidul de cupru, Cu(OH)2, o bază insolubilă, și sulfatul de sodiu, Na2SO4, o sare solubilă, care rămâne deci în soluție:

\(CuSO_4+2NaOH\rightarrow Cu(OH)_2+Na_2SO_4\)

Prin urmare, caracterul disociației depinde de poziția elementului central în sistemul periodic, ceea ce determină tăria legăturilor între element și oxigen, precum și aceea dintre oxigen și hidrogen. 
 

 
 

 


 

Hidroliza


Hidroliza sărurilor
Prin hidroliză se înțelege reacția dintre ionii unei substanțe dizolvate și apă. Cel mai frecvent hidrolizează sărurile. Prin hidroliza sărurilor rezultă acidul și baza de la care a provenit sarea:

\(\underset{sare}{M^IR}+\underset{apa}{H_2O}\rightarrow \underset{acid}{HR}+\underset{baza}{M^IOH}\)

Hidroliza unei sări are loc numai dacă cel puțin unul dintre componentele sării (acidul sau baza) din care a provenit este un electrolit slab. Ea decurge diferit, în funcție de tăria acidului și a bazei din care este formată sarea. 

a) Hidroliza unei sări formate dintr-un acid slab și o bază tare
Sarea unui acid slab hidrolizează după reacția:

\(\underset{anion}{A^-}+H_2O\rightleftharpoons \underset{acid}{HA}+OH^-\)

Acidul slab se reformează; concomitent crește concentrația în ioni de hidroxid, OH-, astfel încât soluția are reacție alcalină. Un exemplu îl prezintă o soluție de carbonat de sodiu în apă. Carbonatul de sodiu fiind un electrolit tare, este practic complet disociat în ionii Na+ și CO32-. Apa având un grad de disociere extrem de mic, numărul redus de ioni H3O+ și OH- sunt în echilibru cu un număr mare de molecule de apă. Ionii CO32- se combină cu ionii H3O+ și formează ionii HCO3- (care disociază mult mai greu decât moleculele de H2CO3). Legarea ionilor H3O+ de ionii CO32- strică însă echilibrul; pentru restabilirea lui, disociază un alt număr de molecule de apă. În modul acesta, în soluție se adună un număr din ce în ce mai mare de ioni OH-, care împreună cu numărul echivalent de ioni Na+ reprezintă componentele hidroxidului de sodiu disociat în soluție:

\(Na_2CO_3\rightleftharpoons 2Na^++CO_3^{2-}\)

\(2H_2O\rightleftharpoons OH^-+H_3O^+\)

\(CO_3^{2-+}H_3O^+\rightleftharpoons HCO_3^-+H_2O\)

adică:
\(CO_3^{2-+}H_2O\rightleftharpoons HCO_3^-+OH^-\)

În realitate, și ionul HCO3- disociază mai departe:
\(HCO_3^-+H_2O\rightleftharpoons H_3O^++CO_3^{2-}\)

însă gradul lui de disociere este extrem de mic, astfel încât numărul de ioni H3O+ rezultați, care reintră în soluție, este cu totul neglijabil. 

Prin urmare, la hidroliza unei sări formate dintr-un acid slab și o bază tare rezultă cantitatea echivalentă de acid și bază; cum baza este însă disociată total față de acidul disociat parțial, soluția are o reacție bazică. 

b) Hidroliza unei sări formate dintr-un acid tare și o bază slabă
Sarea unei baze slabe hidrolizează după reacția:

\(\underset{sare}{BH^+}+H_2O\rightleftharpoons \underset{baza}{B}+H_3O^+\)

Baza slabă se reformează; concomitent crește concentrația în ioni de hidroniu, H3O+, astfel încât soluția are reacție acidă. Un exemplu îl prezintă o soluție de clorură de aluminiu în apă. În soluție, în primul moment, va exista un număr mare de ioni Cl- și Al3+, proveniți prin disociația clorurii de aluminiu, și un număr limitat de ioni H3O+ și OH-, proveniți prin disociația apei. Ionii Al3+ se combină cu ionii OH- pentru a forma hidroxidul de aluminiu, Al(OH)3, o substanță foarte puțin solubilă. În modul acesta ionii OH- sunt îndepărtați continuu din soluție și deci este perturbat echilibrul de disociație a apei. Ionii H3O+ acumulați în urma disociației moleculelor de apă, împreună cu un număr echivalent de ioni Cl-, formează ionii componenți ai acidului clorhidric din soluție:

\(AlCl_3\rightleftharpoons Al^{3++3}Cl^-\)

\(6H_2O\rightleftharpoons 3OH^-+3H_3O^+\)

\(Al^{3++3}OH^-\rightleftharpoons Al(OH)_3\)

adică:
\(Al^{3++6}H_2O\rightleftharpoons Al(OH)_3+3H_3O^+\)

Prin urmare, la hidroliza unei sări formate dintr-un acid tare și o bază slabă, rezultă cantități echivalente de acid și bază; deoarece acidul este însă disociat total față de baza disociată parțial, soluția are reacție acidă. 

c) Hidroliza unei sări formate dintr-un acid slab și o bază slabă 
Sarea unui acid slab cu o bază slabă hidrolizează după reacția:

\(\underset{sare}{BH^+}+A^-\rightleftharpoons \underset{baza}{B}+\underset{acid}{HA}\)

Un exemplu de hidroliză a unei sări formate dintr-un acid slab și o bază slabă îl reprezintă o soluție de acetat de amoniu în apă. Ca orice sare, acetatul de amoniu în soluție se găsește complet disociat în ioni CH3COO- și NH4+. În soluție, însă, ionii CH3COO- se combină cu ionii H3O+ proveniți prin disociația apei și formează molecule de acid acetic, care este un electrolit slab; ionii NH4+ se combină cu ionii OH- proveniți din disociația apei, spre a forma molecule de hidroxid de amoniu, acesta fiind de asemenea un electrolit slab. Deci reacția de hidroliză a acetatului de amoniu poate fi formulată astfel:

\(CH_3COONH_4\rightarrow CH_3COO^-+NH_4^+\)

\(2H_2O\rightleftharpoons H_3O^++OH^-\)

\(CH_3COO^-+H_3O^+\rightleftharpoons CH_3COOH+H_2O\)

\(NH_4^++OH^-\rightleftharpoons NH_4OH\)

Prin urmare, ionii H3O+ și OH- proveniți prin disociația apei sunt îndepărtați din soluție pe măsura formării acidului acetic și a hidroxidului de amoniu. Amândoi acești electroliți fiind slabi, sunt foarte puțin disociați în ioni; totuși, gradul de disociere al hidroxidului de amoniu fiind ceva mai mare decât al acidului acetic, înseamnă că în soluție numărul de ioni OH- depășește într-o măsură foarte mică numărul de ioni H3O+. Deci, soluția are un caracter aproape neutru (mai exact, foarte slab bazic). 

Deci, la hidroliza unei sări formate dintr-un acid slab și o bază slabă reacționează anionul, respectiv cationul sării, cu apa formând ioni de hidroxid, respectiv de hidrogen (hidroniu), pe lângă molecule greu disociabile de acid sau de bază. 

Acest caz se deosebește de cazul unei sări rezultate prin neutralizarea unui acid tare cu o bază tare, când ionii sării rezultate prin neutralizare rămân în soluție, adică nu formează molecule cu ionii apei; din această cauză, concentrația ionilor H3O+ și OH- din soluție rămâne aceeași ca și la apa pură. 


Constanta de hidroliză și gradul de hidroliză
Din cele arătate reiese că hidroliza este o reacție parțial inversă neutralizării, sau constituie un fenomen de împiedicare a unei neutralizări complete datorită acțiunii apei. Prin neutralizare, dintr-un acid și o bază rezultă o sare și apă; prin hidroliză, dintr-o sare și apă rezultă un acid și o bază. 

Echilibrul hidrolitic este dat de ecuația:

\(sare + apa\rightleftharpoons baza + acid\)

Deoarece concentrația apei poate fi considerată constantă, rezultă expresia constantei de hidroliză:

\(K_h=\frac{[baza]\cdot [acid]}{[sare \: \: nehidrolizata]}\)

Ca măsură a hidrolizei se folosește gradul de hidroliză, \(\gamma\), care reprezintă raportul dintre cantitatea de substanță hidrolizată și cantitatea totală de substanță dizolvată:

\(\gamma=\frac{cantitatea \: \: hidrolizata}{cantitatea \: \: totala\: \: dizolvata}\)

Gradul de hidroliză se exprimă în fracții sau procente. De exemplu, gradul de hidroliză al carbonatului de sodiu în soluție 0,1 N este 0,029%. Aceasta înseamnă că din 100 molecule de Na2CO3 dizolvate, numai 2,9 sunt hidrolizate. 

Gradul de hidroliză depinde de natura sării, de concentrația soluției și de temperatură. El este cu atât mai mare cu cât: acidul sau baza rezultată prin hidroliză are o constantă de disociere mai mică, soluția este mai diluată și temperatura soluției este mai mare (în acest caz, ionizarea proprie a apei, adică concentrația în ioni H3O+ și OH-, crește):

\(\gamma\approx \sqrt{\frac{K_w}{K_a\cdot c}}\)
unde Kw  - produsul ionic al apei
Ka - constanta de disociere a acidului slab
c - concentrația soluției
 
În chimie, noțiunea de hidroliză se mai folosește și într-un sens mai larg. Astfel, reacția între o halogenură de nemetal și apă, de exemplu, între triclorura de fosfor și apă, când rezultă acid clorhidric și acid fosforos. 
 




 

Săruri



Structură
Dacă se tratează soluția unui acid cu o soluție de bază, atunci ionii de hidrogen (respectiv hidroniu, H3O+) se combină cu ionii de hidroxid formând apă:

\(H_3O^++OH^-\rightarrow 2H_2O\)

Dacă în urma reacției s-au combinat practic toți ionii H3O+ și OH- (neutralizare), în soluție rămân numai ionii negativi ai acizilor (ioni de radicali acizi) și ionii pozitivi ai bazelor (ionii de metal), care, având sarcini de semn contrar, se atrag. Când soluția este suficient de concentrată se produce cristalizarea. Produsul rezultat este o sare. De exemplu, în cazul reacției:

\(NaOH+HCl\rightarrow Na^++Cl^-+H_2O\)
ionii Na+ și Cl- rămân în soluție; la concentrarea soluției se formează rețeaua cristalină a clorurii se sodiu, pe care o cunoaștem cu toții drept sare de bucătărie. 

Prin urmare, sărurile sunt compușii rezultați prin combinarea dintre un acid și o bază, cu eliminare de apă, proces prin care hidrogenul acidului este înlocuit de un metal sau de un alt ion pozitiv. În general, sărurile sunt compuși ionici cristalini,  adică sunt substanțe formate dintr-un ion pozitiv (cation, precum Na+, Ca2+, NH4+) și dintr-un ion negativ (anion, precum Cl-, SO42-, NO3-) care sunt ținuți împreună prin legături ionice și formează o rețea cristalină. Uneori, mai sunt considerați săruri și compușii covalenți metalici, precum TiCl4

Formula generală
Având în vedere că o sare este alcătuită dintr-un metal și un radical acid, formula generală a unei sări poate fi scrisă MnRm, unde M reprezintă metalul, R - radicalul acid, m - valența metalului, iar n - valența radicalului acid. Așadar, pentru stabilirea formulei unei sări trebuie să fie cunoscute valența metalului și valența radicalului acid. 

O altă modalitate de a reprezenta formula generală a unei sări este (cation)a(anion)b x nH2O, unde a și b reprezintă numărul de ioni, iar n - numărul de molecule de apă (când e cazul). De exemplu: CaCl2 x 6H2O. 

Clasificare
După comportarea lor, sărurile se pot împărți în: săruri neutre, săruri acide și săruri bazice. 

a) Sărurile neutre (sau normale) sunt combinații în care toți atomii de hidrogen din molecula de acid sunt înlocuiți prin atomi de metal (adică au rezultat prin saturare reciprocă între cantități echivalente de acid și bază). Exemple de săruri neutre sunt:
  • clorură de sodiu, NaCl
  • sulfat de sodiu, Na2SO4
  • sulfat de cupru (II), CuSO4
  • carbonat de calciu, CaCO3
Când hidrogenul acidului este înlocuit prin două metale diferite, sărurile rezultate se numesc săruri duble. De exemplu, KAl(SO4)2 este un sulfat dublu de aluminiu și potasiu. 

b) Sărurile acide sunt combinații care conțin în moleculă unul sau doi atomi de hidrogen de la acidul de la care a provenit sarea (adică au rezultat în urma reacției dintre mai mulți echivalenți de acid cu un echivalent de bază). De exemplu, în afară de carbonatul de sodiu (care e o sare neutră), Na2CO3, mai există un carbonat acid, în care numai un atom de hidrogen a fost înlocuit cu un atom de sodiu, deci în molecula sării a mai rămas un atom de hidrogen; formula acestui carbonat, numit carbonat acid de sodiu, este: NaHCO3. Se înțelege că:
  • acizii monoprotici (monobazici), precum HCl sau HNO3, având în moleculă numai un atom de hidrogen, nu pot forma săruri acide;
  • aczii diprotici (dibazici), precum H2SO4 sau H2CO3, pot forma un singur tip de săruri acide, și anume săruri care au în moleculă unul din cei doi atomi de hidrogen ai acidului, celălalt atom de hidrogen fiind înlocuit cu un metal (de exemple NaHSO4 - sulfat acid de sodiu, NaHCO3 - carbonat acid de sodiu, Ca(HCO3)2 - carbonat acid de calciu);
  • acizii triprotici (tribazici), precum H3PO4 sau H3AsO4 (acid arsenic), pot forma două tipuri de săruri acide, și anume:
    1. săruri în care metalul a înlocuit un singur atom de hidrogen al acidului și, prin urmare, în compoziția sării mai există doi atomi de hidrogen; acestea sunt săruri primare sau săruri biacide. De exemplu NaH2PO4 - fosfat diacid de sodiu, și NaH2AsO4 - arseniat diacid de sodiu. 
    2. săruri în care metalul a înlocuit doi atomi de hidrogen ai acidului și, prin urmare, în compoziția sării mai există un atom de hidrogen; acestea sunt săruri secundare sau monoacideDe exemplu Na2HPO4 - fosfat monoacid de sodiu, și Na2HAsO4 - arseniat monoacid de sodiu. 
c) Săruri bazice  sau  hidroxizi-săruri sunt combinații care conțin în moleculă una sau mai multe grupe OH de la baza de la care a provenit sarea (adică un rezultat în urma reacției dintre un echivalent de acid cu mai mulți echivalenți de bază). De exemlpu, BiOH(NO3)2 și Bi(OH)2NO3. În aceste două exemple, grupele OH provin de la hidroxidul de bismut, Bi(OH)3

După cum în molecula sării există una sau două grupe OH, sărurile respective sunt săruri monobazice sau săruri dibazice

Clasificarea generală a sărurilor:

Săruri acide
- Săruri diacide 
  • NaH2PO4 - fosfat diacid de sodiu, numit și fosfat monosodic
  • NaH2PO4 - arseniat diacid de sodiu, numit și arseniat monosodic
- Săruri monoacide
  • Na2HPO4 - fosfat monoacid de sodiu, numit și fosfat disodic
  • Na2HAsO4 - arseniat monoacid de sodiu, numit și arseniat disodic
Săruri neutre
  • Na3PO4 - fosfat de sodiu,
  • Bi(NO3)3 - nitrat de bismut (III) 
Săruri bazice 
- Săruri monobazice
  • BiOH(NO3)2 - nitrat monobazic de bismut, numit și hidroxinitrat de bismut
  • Mg(OH)Cl - clorură bazică de magneziu, numit și hidroxiclorură de magneziu
- Săruri dibazice
  • Bi(OH)2NO3 - nitrat dibazic de bismut, numit și dihidroxinitrat de bismut
  • Cu2(OH)2CO3 - carbonat dibazic de cupru
Deoarece o sare este formată dintr-un radical acid - un anion, și un metal - un cation, numele sării trebuie să reflecte aceste două componente. 

Numele radicalului acid (al anionului) 
La acizii binari (al căror nume are terminația hidric), anionii au numele format din numele elementului și sufixul ură, De exemplu, acid clorhidric - clorură; acid sulfhidric - sulfură

La acizii poliatomici (adică oxoacizii) al căror nume este terminat în ic, anionii au numele format din numele elementului și sufixul at. De exemplu, acid sulfuric - sulfat, acid carbonic - carbonat

Terminația it la numele elementului indică o stare inferioară de oxidare a acestuia. De exemplu, acid sulfuros - sulfit, acid azotos - azotit, acid hipocloros - hipoclorit

Numele metalului (al cationului)
Când metalul din compoziția sării are o singură stare de oxidare, numele lui rămâne neschimbat; el se leagă de numele anionului prin prepoziția de. De exemplu, clorură de sodiu, sulfat de calciu. 

La sărurile binare, la care metalul poate avea diferite stări de oxidare, proporția stoechiometrică între elemente se indică în mod obișnuit, fie prin prefixele numerice mono, bi, tri, tetra, penta etc. care precedează numele elementului la care se referă, fie prin numere romane care reprezintă numărul de oxidare (sau valența stoechiometrică) a elementului, notate în paranteze imediat după numele acestuia. De exemplu, TiCl2 se numește biclorură de titan sau clorură de titan (II); TiCl3 se numește triclorură de titan sau clorură de titan (III); TiCl4 se numește tetraclorură de titan sau clorură de titan (IV), etc. 

Indicarea valențelor metalului prin sufixele os și ic se restrânge numai pentru elementele care nu prezintă mai mult de două grade de oxidare. De exemplu:
  • FeSO4 - sulfat feros sau sulfat de fier (II)
  • Cu2SO4 - sulfat cupros sau sulfat de cupru (I)
  • Fe2(SO4)3 - sulfat feric sau sulfat de fier (III)
  • CuSO4 - sulfat cupric sau sulfat de cupru (II), se mai numește popular și piatră vânătă.
În mod obișnuit, pentru a indica o sare acidă se intercalează cuvântul acid între numele radicalului acid și numele metalului sării respective (nume care rămâne neschimbat). De exemplu, NaHCO3 se numește carbonat acid de sodiu. După o nomenclatură mai veche, numele sării acide se formează cu ajutorul prefixului bi la radicalul acid. De exemplu, în loc de carbonat acid de sodiu se mai spune bicarbonat de sodiu. După nomenclatura internațională numele unei sări ce conține hidrogen acidic, adică o sare acidă, se formează cu ajutorul cuvântului hidrogen (care indică hidrogenul prezent în moleculă ce poate fi înlocuit) notat imedait după numele anionului. De exemplu, NaHSO4 - sulfat de hidrogen și sodiu. 

Când acizii de la care derivă sarea sunt tribazici, pentru a deosebi între ei sărurile acide, cuvântul acid intercalat între numele radicalului acid și al metalului este completat cu prefixul mono și di, după cum sarea conține unul sau doi atomi de hidrogen. De exemplu: NaH2PO4 - fosfat diacid de sodiu; Na2HPO4 - fosfat monoacid de sodiu. 

Diferența dintre mai multe săruri ale aceluiași acid se mai exprimă ținând seamă de numărul atomilor de metal care intră în compoziția sării prin prefixele mono, di, tri, adăugate la numele metalului. De exemplu, NaH2PO4 - fosfat monosodic, Na2HPO4 - fosfat disodic, Na3PO4 - fosfat trisodic. 

Pentru a indica o sare bazică se intercalează cuvântul bazic între numele radicalului acid și numele metalului sării respective. De exemplu, Cu2(OH)2CO3 - carbonat bazic de cupru, Pb2(OH)2(CO3)2 - carbonat bazic de plumb. 

Sistemul prezent de nomenclatură a sărurilor bazice folosește prefixele hidroxi, respectiv oxi la anion. De exemplu, Mg(OH)Cl - hidroxiclorură de magneziu, BiOCl - oxiclorură de bismut. 

Proprietăți
Sărurile sunt substanțe solide, de cele mai multe ori cristalizate. Unele dintre ele sunt colorate, de exemplu sărurile de cupru, fier, mangan, cobalt, nichel, etc. Solubilitatea sărurilor în apă este diferită - unele dintre ele sunt foarte solubile, iar altele au solubilitate atât de redusă, încât practic pot fi considerate insolubile. În soluție, sărurile sunt disociate în ioni. 

a) Reacția dintre săruri și metaleÎn unele cazuri, metalele pot reacționa cu săruri formând o altă sare și punând în libertate metalul sării inițiale. De exemplu, zincul înlocuiește cuprul din sulfatul de cupru; cuprul se depune în stare metalică, iar zincul trece sub formă de sulfat de zinc:

\(Zn+Cu^{2+}\rightarrow Cu+Zn^{2+}\)

Un metal mai activ poate scoate din soluție numai un alt metal mai puțin activ. Activitatea metalelor se manifestă numai în cazul acțiunii unui metal liber asupra unui alt metal component al unei sări în soluție. Ea nu se manifestă când ambele metale se găsesc sub formă de săruri în soluție. 

b) Reacția dintre săruri și hidroxizi alcalini. Din reacța de dublu schimb dintre hidroxizi alcalini și săruri rezultă o altă sare și o nouă bază. Ca de exemplu, reacția dintre sulfatul de cupru și hidroxidul de sodiu, când rezultă hidroxidul de cupru și sulfatul de sodiu:

\(CuSO_4+2NaOH\rightarrow Cu(OH)_2+Na_2SO_4\)

c) Reacția dintre săruri și acizi. Sărurile pot forma reacții de dublu schimb cu acizii și rezultă săruri noi și acizi noi. Un exemplu de asemenea reacție este reacția dintre clorura de sodiu și acidul sulfuric, când rezultă sulfatul de sodiu și acidul clorhidric, care se degajă:

\(2NaCl+H_2SO_4\rightarrow Na_2SO_4+2HCl\)

d) Reacția dintre două săruri diferiteSărurile pot reacționa și între ele formând două săruri noi. De exemplu, carbonatul de calciu poate reacționa cu clorura de calciu; se obține carbonatul de calciu și clorura de sodiu:

\(Na_2CO_3+CaCl_2\rightarrow CaCO_3+2NaCl\)
Această metodă este folosită atunci când una dintre sărurile preparate este insolubilă. 
 
Reacțiile dintre săruri și hidroxizi alcalini, acizi sau alte săruri se pot desfășura în ambele sensuri sau într-un singur sens (atunci când cel puțin unul dintre produsele de reacție se poate îndepărta din amestec). 

Metode generale de obținere
Există mai multe posibilități de preparare a sărurilor:

a) Reacția dintre un acid și o bază. Notând acidul cu HR (unde R reprezintă radicalul acid) și baza cu M(OH) (unde M reprezintă metalul bazei), reacția de dublu schimb care are loc se poate scrie în felul următor:

\(HR+M^I(OH)\rightarrow M^IR+H(OH)\)

De exemplu, reacția dintre acidul clorhidric și hidroxidul de sodiu, din care rezultă clorură de sodiu și apă:

\(HCl+NaOH\rightarrow NaCl+H_2O\)

În locul acizilor și bazelor se pot folosi și anhidridele lor. Astfel, o sare poate fi preparată prin:
  • reacția dintre o anhidridă acidă și o bază; de exemplu, reacția dintre dioxidul de carbon și hidroxidul de calciu, când se obține carbonatul de calciu și apă:
\(CO_2+Ca(OH)_2\rightarrow CaCO_3+H_2O\)
  • reacția dintre un acid și o anhidridă bazică; de exemplu, reacția dintre acidul sulfuric și oxidul de cupru, când se obține sulfatul de cupru și apă:
\(H_2SO_4+CuO\rightarrow CuSO_4+H_2O\)
  • reacția dintre o anhidridă acidă și o anhidridă bazică; de exemplu, la încălzirea, din dioxidul de siliciu și oxidul de calciu se obține silicatul de calciu:
\(SiO_2+CaO\rightarrow CaSiO_3\)
Acest proces de formare a unei sări este un simplu proces de adiție spre deosebire de primele două metode, care reprezintă reacții de schimb. 

b) Reacția dintre un acid și o sareReacția care stă la baza acestei metode se poate exprima astfel:

acid 1 + sare sare + acid 2

sau, notând acidul inițial cu HR1 și sarea inițială cu MIR2, avem formula generală:

\(HR_1+M^IR_2\rightarrow M^IR_1+HR_2\)

Ca exemplu se indică reacția dintre acidul sulfuric și clorura de bariu, când rezultă sulfatul de bariu și acidul clorhidric:

\(H_2SO_4+BaCl_2\rightarrow BaSO_4+2HCl\)

Deși această reacție generală reprezintă o metodă de obținere a acizilor, ea poate fi folosită și pentru prepararea unor săruri. Pentru aceasta trebuie, însă, să se desfășoare într-un singur sens, ceea ce este posibil când:
- sarea rezultată din reacție este greu solubilă, ca în exemplul de mai sus;
- acidul rezultat din reacție este volatil; de exemplu, în cazul reacției între acidul sulfuric și clorura de sodiu, când rezultă acidul clorhidric, volatil, și sulfatul de sodiu, solubil:

\(H_2SO_4+2NaCl\rightarrow 2HCl+Na_2SO_4\)

c) Reacția dintre o bază și o sareO bază alcalină poate reacționa cu o sare pentru a forma o altă sare și o altă bază:

baza 1 + sare sare + baza 2

Folosind notațiile generale pentru baza inițială M1I(OH) și pentru sarea inițială M2IR, reacția de dublu schimb între aceste substanțe este:

\(M_1^I(OH)+M_2^IR\rightarrow M_1^IR+M_2^I(OH)\)

De exemplu, reacția dintre sulfatul de cupru și hidroxidul de sodiu, când rezultă sulfatul de sodiu și hidroxidul de cupru:

\(2NaOH+CuSO_4\rightarrow Na_2SO_4+Cu(OH)_2\)

Această reacție este însă folosită în practică mai mult pentru prepararea bazelor insolubile. 

d) Reacția dintre două săruri. Două săruri pot reacționa între ele pentru a forma două săruri noi. Reacția poate fi reprezentată în forma generală:

\(M_1^IR_1+M_2^IR_2\rightarrow M_1^IR_2+M_2^IR_1\)

De exemplu, reacția dintre azotatul de argint și clorura de sodiu, când se formează clorura de argint și azotatul de sodiu:

\(AgNO_3+NaCl\rightarrow AgCl+NaNO_3\)

Această metodă se aplică întotdeauna când una dintre sărurile rezultate se poate separa de cealaltă datorită insolubilității sau volatilității. (În exemplul de mai sus, clorura de argint fiind un precipitat, se separă ușor). 

e) Reacția dintre un metal și un acidMetalele mai active decât hidrogenul îl pot înlocui în acizi cu formare de sare și degajare de hidrogen:

\(HR+M^I\rightarrow M^IR+H\)
Seria activității metalelor - metalele mai active decât hidrogenul sunt, în ordinea creșterii reactivității lor chimice: Pb, Sn, Ni, Co, Fe, Cr, Zn, Al, Mg, Ca, Ba, K, Cs, Li. Metalele mai puțin active decât hidrogenul, în ordinea descreșterii reactivității lor chimice sunt: Sb, Cu, Hg, Ag, Au, Pt. 

Metalele mai puțin active decât hidrogenul reacționează numai cu acizi oxidanți; se formează, de asemenea, o sare (însă hidrogenul nu se mai degajă, fiind oxidat la apă):

\(Cu+H_2SO_4\rightarrow CuO+SO_2+H_2O\)
\(CuO+H_2SO_4\rightarrow CuSO_4+H_2O\)
_______________________________________
\(Cu+2H_2SO_4\rightarrow CuSO_4+SO_2+2H_2O\)

f) Reacția dintre un metal și o sare. Un metal poate înlocui într-o sare un alt metal mai puțin activ decât el; se formează o nouă sare și se pune în libertate metalul sării inițiale:

\(M_1^IR+M_2^I\rightarrow M_2^IR+M_1^I\)

De exemplu, acțiunea zincului asupra sulfatului de cupru, când se formează sulfatul de zinc și se separă cupru:

\(CuSO_4+Zn\rightarrow ZnSO_4+Cu\)

g) Combinarea directă a elementelorAceasta este o metodă folosită pentru obținerea unor săruri ale hidracizilor. Așa se poate obține, de exemplu, sulfura de fier:

\(Fe+S\rightarrow FeS\)

sau clorura stanică:

\(Sn+2Cl_2\rightarrow SnCl_4\)

 

Neutralizare


Neutralizarea
Neutralizarea este procesul chimic prin care un acid reacționează cantitativ cu o bază iar soluția obținută este neutră, adică nu are nici caracter acid, nici caracter bazic; produșii de reacție sunt o sare și apă.

O soluție se numește neutră dacă nu are nici caracter acid nici caracter bazic. De aceea, pentru neutralizarea unei soluții diluate de acid tare trebuie introdusă în soluție o bază tare pentru ca ionii OH- ai bazei să neutralizeze reacția acidă produsă de prezența ionilor H+ (adică H3O+) ai acidului din soluție. În mod similar, pentru a neutraliza o soluție diluată de bază tare trebuie introdus în soluție un acid tare. Ca exemplu, se consideră neutralizarea acidului clorhidric cu hidroxid de sodiu. Acidul clorhidric, cum și hidroxidul de sodiu sunt electroliți tari, deci, practic, complet disociați în soluție:

\(HCl+H_2O\rightarrow H_3O^++Cl^-\)
\(NaOH\rightarrow Na^++OH^-\)
 
După amestecarea soluțiilor, ionii OH- și H3O+ formează molecule de apă, extrem de puțin disociate în ioni, independent de natura acidului sau a bazei:

\(H_3O^++OH^-\rightleftharpoons H_2O+H_2O\)

Prin formarea moleculelor de apă dispar proprietățile acide, produse de prezența în exces a ionilor H3O+, și cele bazice, cauzate de prezența în exces a ionilor OH-, iar soluția capătă un caracter neutru, determinat de egalitatea în concentrație a ionilor H3O+ și OH-. Momentul când toți ionii H3O+ și OH- existenți în soluție se combină pentru a forma apă reprezintă momentul de neutralizare. 

Dovadă că reacția fundamentală, când se tratează o soluție diluată de acid tare cu o soluție diluată de bază tare, constă în formarea moleculelor de apă din ioni H3O+ și OH-, este că variația entalpiei, \(\Delta H\), care însoțește neutralizarea unui acid tare cu o bază tare în soluție diluată, are o valoare constantă de 13,69 kcal, la 20oC, indiferent de acidul tare și baza tare care reacționează: 

\(\underbrace{Na^++OH^-}+\underbrace{H^++Cl^-}\: \: \rightarrow \: \: \underbrace{Na^++Cl^-}+H_2O; \: \: \: \Delta H=-13,69 \: \: kcal/mol\)
 
Prin urmare, căldura de neutralizare este, practic, independentă de natura acidului și a bazei existente în soluție diluată. 

Dacă se tratează, însă, un acid tare cu o bază slabă, pe lângă procesul de formare a moleculelor de apă, mai are loc și procesul de ionizare a electrolitului slab. Ca exemplu, când se amestecă o soluție de acid clorhidric cu o soluție de hidroxid de amoniu rezultă o soluție care, în primul moment, conține un număr mare de ioni H3O+ și Cl-:

\(HCl+H_2O\rightarrow H_3O^++Cl^-\)
 
și un număr mai mic de ioni [NH4]+ și OH-, precum și moleculele nedisociate de NH4OH, conform echilibrului:

\(NH_4OH\rightleftharpoons [NH_4]^++OH^-\)
 
Ionii H3O+ și OH- se combină formând moleculele de apă, practic nedisociate, ceea ce are drept urmare disociația unei alte cantități de molecule NH4OH, și așa mai departe. În modul acesta, aproape toate moleculele de NH4OH disociază. 

Deci, în reacția dintre un acid tare și o bază slabă, moleculele de apă se formează pe măsura desfășurării reacției. Deoarece ionii H3O+ proveniți de la acid reacționează cu ionii OH- proveniți de la bază, pentru ca echilibrul să se mențină, disociația bazei continuă cât timp se pot forma ioni OH-. Prin urmare, neutralizarea unei baze slabe cu un acid tare este reprezentată în întregime prin reacția: 

\(NH_4OH+H_3O^+\rightarrow NH_4^++2H_2O\)
 
Cum disociația bazei slabe este însoțită de o absorbție de căldură, variația entalpiei acestei reacții este mai mică decât la reacția de neutralizare între un acid tare și o bază tare:

\(HCl+ NH_4OH\rightarrow NH_4Cl+H_2O;\: \: \: \: \Delta H=-12,27\: \: kcal/mol\)

Similar, dacă se tratează un acid slab cu o bază tare, prin faptul că ionii OH- proveniți de la bază reacționează cu ionii H3O+ proveniți de la acid, pentru ca echilibrul să se mențină, disociația acidului continuă cât timp se pot forma ioni H3O+. De exemplu, neutralizarea acidului acetic cu o bază tare este reprezentată prin reacția:

\(CH_3COOH+OH^-\rightarrow CH_3COO^-+H_2O\)
 
Pentru că și disociația acidului slab este însoțită de o absorbție de căldură, variația entalpiei unei asemenea reacții este mai mică decât la reacția de neutralizare între un acid tare și o bază tare.

Prin urmare, efectul termic al reacției de neutralizare a unui acid tare cu o bază slabă sau a unui acid slab cu o bază tare depinde de natura combinațiilor. 

La neutralizarea acizilor slabi cu baze slabe se stabilesc echilibre care depind de tăria acidului și a bazei. 

Determinarea punctului la care se produce saturarea acizilor cu bazele, adică a punctului de echivalență, se face prin titrări; în acest scop se folosesc indicatori acido-bazici.