Reactii chimice fara modificarea starii de oxidare

Aceste reactii sunt:

reactii chimice de combinare

CaO + H₂O = Ca(OH)₂

reactii chimice de descompunere

CaCO₃ = CaO + CO₂

reactii chimice cu formare de precipitat

Pb(NO₃)₂ + H₂S = PbS↓ + HNO₃

reactii chimice cu transfer de protoni: a) reactii de ionizare

b) reactii de hidroliza

c) reactii de neutralizare

a) Reactiile de ionizare sau proteolitice (disociere electrolitica) sunt reactiile chimice care se desfasoara cu transferarea unui proton care provine de la un acid, la moleculele apei (care poate functiona ca baza) sau la moleculele unei baze (alta decit apa):

H₂SO₄ + H₂O H₃O⁺ +HSO₄^-

HSO₄^- + H₂O H₃O⁺ +SO₄^2-

H⁺ + HOH H₃O⁺

sau:

NH₃ + HCl (NH₄⁺ + Cl^-)

NH₃ + HOH       (NH₄⁺ + OH^-)

H⁺ + NH₃       NH₄⁺

Teoria proteolitica admite ca reactiile acido-bazice au loc cu transfer de protoni, baza fiind acceptorul de proton.

CH₃-COOH + H₂O CH₃-COO^- + H₃O⁺

acid baza baza acid

Conform acestei teorii, acizii si bazele pot fi molecule neutre, anioni si cationi. In exemplele noastre, acizi sunt acidul acetic, acidul clorhidric, anionul sulfat acid, ionul amoniu, ionul hidroniu, apa, iar baze sunt amoniacul, anionul sulfat acid, anionul clor, apa. Apa poate, prin urmare, sa aiba atat caracter acid, cat si bazic.

Taria acizilor si bazelor se apreciaza prin constanta de aciditate (K_a) si respectiv constanta de bazicitate (K_b). Pentru masurarea aciditatii si bazicitatii substantelor, s-au introdus notiunile de pH si pOH.

pH-ul reprezinta logaritmul cu semn schimbat al concentratiei ionilor hidroniu (H₃O⁺) sau al activitatii ionilor hidroniu:

pH = -lg [H₃O⁺]      sau pH = -lg a_HO

pOH-ul, opus pH-ului, reprezinta logaritmul cu semn schimbat al concentratiei ionilor hidroxil (HO^-) sau al activitatii ionilor de hidroxil:

pOH = -lg [HO^-] pOH = -lg a_HO

In apa pura, concentratia ionilor hidroniu este egala cu concentratia ionilor hidroxil:

[H₃O⁺] = [HO^-] = 10^-7

Din aceasta egalitate rezulta ca:

pH = pOH = 7, adica pH + pOH = 14.

In conditiile in care [H₃O⁺] > [HO^-], rezulta ca [H₃O⁺] > 10^-7 adica pH < 7, solutia are caracter acid.

Atunci cand [H₃O⁺] = [HO^-] = 10^-7, conditie care conduce la pH = pOH = 7 solutia respectiva are caracter neutru.

Daca [H₃O⁺] < [HO^-], rezulta ca [H₃O⁺] < 10^-7, adica pH > 7, solutia are caracter bazic.

Determinarea calitativa a pH-ului se realizeaza cu ajutorul indicatorilor de pH, substante      organice, a caror culoare depinde de pH-ul solutiei in care sunt dizolvate. Masuratori precise se efectueaza prin utilizarea indicatorilor de pH in combinatie cu metode spectrofotometrice sau prin utilizarea unor aparate de masura speciale numite pH-metre.

b) Reactiile de hidroliza se desfasoara intre ionii unei sari dizolvate si apa. Pentru ca o sare sa hidrolizeze, trebuie sa provina dintr-o reactie de neutralizare in care cel putin unul din reactanti sa fie un electrolit slab. Solutia rezultata capata caracter chimic de acid sau de baza, in functie de componentul cu grad maxim de ionizare. Spre exemplu:

hidroliza unei sari provenite dintr-un acid tare si o baza slaba, cum ar fi clorura de amoniu (NH₄Cl), conduce la obtinerea unei solutii cu caracter acid deoarece hidroxidul de amoniu rezultat fiind o baza slaba se ionizeaza putin, comparativ cu acidul clorhidric. In solutie raman ioni de hidrogen (H⁺), care confera caracter acid solutiei:

(NH₄⁺ + Cl^-) + HOH       NH₄OH + (H⁺ + Cl^-)

hidroliza unei sari provenite dintr-un acid slab si o baza tare, cum ar fi carbonatul de sodiu (Na₂CO₃), conduce la obtinerea unei solutii cu caracter bazic:

(2Na⁺ + CO₃^2-) + HOH H₂CO₃ + (2Na⁺ + 2HO^-)

hidroliza unei sari rezultate dintr-un acid slab si o baza slaba, cum ar fi acetatul de amoniu (CH₃COONH₄), conduce la obtinerea unei solutii al carei caracter va depinde de gradele de ionizare ale acidului si bazei rezultate:

(CH₃COO^- + NH₄⁺) + HOH CH₃COOH + NH₄OH

Gradul de hidroliza, caracteristic acestor reactii, se defineste ca fiind raportul dintre numarul de molecule hidrolizate si numarul de molecule dizolvate si creste odata cu dilutia si temperatura.

Hidroliza are aplicatii in biochimie (multe reactii implicate in metabolismul organismelor vii decurg in prezenta unor enzime numite hidrolaze), chimia anorganica, chimia organica, industria chimica, agricultura (comportarea ingrasamintelor in sol) etc.

c) Reactiile de neutralizare se desfasoara intre un acid (HA) si o baza (BOH), avand drept rezultat o sare (AB) si apa:

HA + BOH AB + H₂O

Solutiile de acizi si baze isi modifica pH-ul la diluare sau prin adaos de acid sau baza. Exista solutii care, in conditiile mentionate, isi mentin pH-ul datorita proprietatii de a opune rezistenta elastica la marirea sau micsorarea concentratiei ionilor de hidrogen. Aceste solutii se numesc solutii tampon. Ele sunt formate din amestecuri ale unui acid slab si o sare a acestuia cu o baza tare sau dintr-o baza slaba si o sare a acestuia cu un acid tare. Aceste solutii au un pH determinat, care variaza putin la adaugarea unor cantitati mici de acid sau baza.

Capacitatea de mentinere a pH-ului a solutiilor tampon este diferita si se exprima prin indicele de tamponare. Indicele de tamponare, marime care caracterizeaza solutiile tampon, este cantitatea de acid tare sau baza tare adaugate (exprimate in echivalenti la litru), raportata la variatia corespunzatoare a pH-ului.

Rezistenta la modificarea pH-ului a solutiilor tampon este vitala pentru organismele vegetale si animale. Avem in vedere faptul ca reactiile enzimatice care controleaza metabolismul celular se desfasoara normal in conditii extrem de precise, la o valoare a pH-ului numita pH optim de actiune, cu limite foarte apropiate si dependent de valorile lui extracelulare.