Idrolisi acida e basica: proprietà acido-base di alcuni ioni

L’idrolisi acida avviene quando è presente in soluzione un sale proveniente da acido forte e base debole come ad esempio NH₄Cl.
L’idrolisi basica avviene quando è presente in soluzione un sale proveniente da acido debole e base forte come ad esempio CH₃COONa

Le proprietà acide e basiche delle soluzioni acquose dipendono dalla concentrazione degli ioni [H⁺] e degli ioni [OH^–]. L’acqua, ovvero il solvente presente nelle soluzioni acquose, si dissocia secondo l’equilibrio:
H₂O_(l) ⇄ H⁺_(aq) + OH^–_(aq)

Pertanto l’acqua pura è neutra in quanto [H⁺] = [OH^–]   ovvero pH = 7
L’ equilibrio di dissociazione dell’acqua è regolato dalla costante K_w la cui espressione è:
K_w = [H⁺]  [OH^–]
che alla temperatura di 25°C assume il valore di 1.00 · 10^-14.

Quando la concentrazione degli ioni H⁺ è maggiore rispetto a quella degli ioni OH^– la soluzione è acida e il pH è minore di 7. Soluzioni di acidi forti come HCl o di acidi deboli come HF, anche se poco concentrati,  hanno un pH minore di 7. Quando la concentrazione degli ioni OH^– è maggiore rispetto a quella degli ioni H⁺ la soluzione è basica e il pH è maggiore  di 7. . Soluzioni di basi forti come NaOH e di basi deboli come NH₃, anche se poco concentrate,  hanno un pH maggiore di 7.

Se la soluzione contiene un sale essa può essere neutra, acida o basica. Ad esempio la presenza di  NaBr non influenza il pH della soluzione che pertanto risulta neutra. Viceversa se la soluzione contiene NaNO₂ essa risulta basica mentre se contiene NH₄Cl risulta acida.

Per poter prevedere l’effetto di un sale sul pH di una soluzione si deve considerare il comportamento degli ioni derivanti dalla dissoluzione dell’elettrolita.

Proprietà acido-base di alcuni ioni in soluzione

anioni neutri: Cl^–, Br^–, I^–, NO₃^–, ClO₄^–, SO₄^2-

anioni basici: CH₃COO^–, F^–, CO₃^2-, S^2-, PO₄^3-, CN^–, NO₂^–, HCO₃^–, HS^–, HPO₄^2-

anioni acidi: HSO₄^–, H₂PO₄^–

cationi neutri: Li⁺, K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Ba²⁺

cationi basici: nessuno

cationi acidi: Mg²⁺, Al³⁺, NH₄⁺, ioni di metalli di transizione

L’idrolisi dei sali può essere visualizzata considerando 1) la dissoluzione del sale; 2) la reazione di idrolisi del catione o dell’anione con l’acqua.

Consideriamo ad esempio il caso di NaF: esso è un elettrolita forte che si dissocia completamente nei suoi ioni:

NaF → Na⁺ + F^–

Consideriamo quali possono essere le reazioni del catione e dell’anione con l’acqua: se Na⁺ reagisse conlo ione OH^– prodotto dalla dissociazione dell’acqua si avrebbe: Na⁺ + OH^– → NaOH. Tuttavia NaOH è una base forte completamente dissociata e quindi tale reazione non può aver luogo. Lo ione F^– invece reagisce con l’acqua secondo l’equilibrio:
F^– + H₂O ⇄ HF + OH^–

con ottenimento di HF che è un acido debole e OH^– che conferisce basicità alla soluzione. Pertanto NaF è un sale che dà un’idrolisi basica ovvero le soluzioni contenenti NaF hanno un pH maggiore di 7 e sono basiche.

Esempio

Consideriamo ora il caso di NH₄Cl che si dissocia nei suoi ioni:

NH₄Cl → NH₄⁺ + Cl^–

Lo ione cloruro non può diventare HCl che è un acido forte e come tale completamente dissociato mentre lo ione ammonio reagisce con l’acqua secondo l’equilibrio:
NH₄⁺ + H₂O ⇄ NH₃ + H₃O⁺

con ottenimento di NH₃ che è una base debole e di H₃O⁺ che conferisce acidità alla soluzione. Pertanto NH₄Cl è un sale che dà un’idrolisi acida ovvero soluzioni contenenti NH₄Cl hanno un pH minore di 7 e sono acide.

Per poter prevedere l’effetto sul pH di un sale possiamo applicare, senza fare troppi ragionamenti, la seguente regola: sali derivanti da acido forte e da base forte sono neutri; sali derivanti da acido debole e da base forte sono basici; sali derivanti da acido forte e base debole sono acidi.

Infatti nei casi esaminati NaBr è neutro perché può essere considerato derivante da base forte ( NaOH) e da acido forte (HBr).

Nel caso di NaF esso dà idrolisi basica perché può essere considerato derivante da base forte (NaOH) e da acido debole (HF).

Per NH₄Cl esso dà idrolisi acida perché può essere considerato derivante da base debole (NH₃) e da acido forte (HCl).