Forza degli acidi e basi coniugate: esempi

Esiste una correlazione tra la forza di un acido o di una base e la forza degli acidi e basi coniugate.
Secondo la teoria di Brønsted-Lowry un acido è un donatore di protoni e una base è un accettore di protoni.

In ogni equilibrio acido base vi è una specie che agisce da acido e una che si comporta da base.
Ad esempio per l’equilibrio di dissociazione di un acido debole HA:
HA + H₂O ⇄ A^– + H₃O⁺

Si ha che l’acido HA reagisce con la base H₂O per dare A^–, base coniugata di HA e H₃O⁺ che è la base coniugata di H₂O
Analogamente per l^’equilibrio di dissociazione della base BOH:
B + H₂O ⇄ BH⁺ + OH^–

Si ha che la base B reagisce con l’acido H₂O per dare BH⁺, acido coniugato di B e OH^– base coniugata di H₂O

Derivazione matematica

La forza di un acido o di una base è data nella sua costante di dissociazione, K_a o K_b, che è correlata alla ionizzazione della specie.

L’espressione della K_a per l’equilibrio di dissociazione dell’acido
HA + H₂O ⇄ A^– + H₃O⁺ (1)

è:
K_a = [A^–][ H₃O⁺]/[HA]

L’equilibrio di idrolisi della base coniugata A^– è:
A^– + H₂O ⇄ HA + OH^– (2)

L’espressione della K_b è:
K_b = [HA][OH^–]/[A^–]

Sommando la (1) e la (2) e semplificando si ha:
2 H₂O ⇄ OH^– + H₃O⁺

La costante di equilibrio relativa a quest’ultimo equilibrio vale:
K_w = K_a · K_b

Ciò implica che K_a e K_b sono inversamente proporzionali pertanto quanto più è forte un acido tanto più debole è la sua base coniugata. Analogamente quanto più è forte una base tanto più è debole il suo acido coniugato. Il valore di K_w a 25°C vale 1.0 · 10^-14

Esempi

L’acido iodico HIO₃ ha una costante di dissociazione pari a 1.6 · 10^-1 ed è quindi un acido abbastanza forte.

La sua base coniugata IO₃^– è molto debole e la costante K_b vale 1.0 · 10^-14/1.6 · 10^-1 = 6.3 · 10^-14.

L’acido iodoso HIO è un acido molto debole e la sua costante di dissociazione è 2.0 · 10^-11. La sua base coniugata IO^– è invece piuttosto forte avendo una K_b pari a 1.0 · 10^-14/2.0 · 10^-11 = 5.0 · 10^-4.

In definitiva la forza degli acidi e basi coniugate può essere prevista conoscendo la costante di dissociazione della base e dell’acido