Nel 1923 due chimici, il danese Johannes Nicolaus Brønsted (1879-1947) e l'inglese Thomas Martin Lowry (1874-1936), separatamente, proposero una teoria degli acidi e delle basi più generale e non più vincolata al tipo di solvente. Benché il merito della nuova teoria spetti ad entrambi gli scienziati, essa è più nota con il nome di "teoria di Brønsted".
I due scienziati partirono dalla constatazione che lo ione H+, che dovrebbe essere presente in tutte le soluzioni acide, è in realtà un protone, cioè una particella estremamente più piccola di qualsiasi altro ione. Lo ione H+ è infatti privo di elettroni, quindi ha le dimensioni di un nucleo atomico, mentre tutti gli altri ioni conservano una parte degli elettroni e rimangono pertanto più o meno delle dimensioni degli atomi, che sono mediamente 10.000 volte più grandi dei nuclei. Ora, poiché il protone si trova ad avere la carica elettrica positiva concentrata su di una superficie piccolissima, possiede un forte campo elettrico che lo rende estremamente reattivo.
Per ottenere un protone libero è necessaria una notevole quantità di energia (per esempio si ottengono protoni liberi con le scariche elettriche ad alto potenziale fatte scoccare nei gas rarefatti), per cui non è pensabile che il protone possa esistere isolato in condizioni normali ma, o lo si deve immaginare legato alla molecola dell'acido su cui si trova naturalmente sistemato, o lo si deve immaginare spostarsi su qualche altra specie chimica che lo attragga più energicamente.
Per Brønsted e Lowry una sostanza isolata non può essere definita in sé né acido né base: affinché una specie chimica diventi un acido è necessaria la presenza simultanea di un'altra specie chimica che gli strappi i protoni di dosso. Questa seconda specie chimica è la base e quindi non può esserci un acido se non esiste anche una base disponibile ad accettarne i protoni. È il protone, ora, ad assumere il ruolo di protagonista nelle reazioni acido-base e la definizione di queste sostanze diventa la seguente:
Acido è una sostanza capace di donare protoni.
Base è una sostanza capace di accettare protoni.
Acidi e basi sono quindi due specie chimiche strettamente collegate e il protone, spostandosi dall'una all'altra, trasforma "ritmicamente" un acido in base e una base in acido.
Dalla nuova teoria discende che l'acido stesso, dopo essersi liberato del protone, si trasforma in una specie chimica in grado a sua volta di accettarne uno, cioè in una base: l'acido pertanto contiene in sé una base, la quale può essere definita anche come un "acido deprotonato". Esistono quindi tante coppie acido-base coniugata e viceversa base-acido coniugato, in cui la differenza è data semplicemente dalla presenza o meno del protone.
Se con A si indica un acido generico e con b la sua base coniugata, e con B si indica una base generica e con a il suo acido coniugato, la reazione acido-base, prevista dalla teoria di Brønsted, si può esprimere con il seguente equilibrio:
A + B D b + a
acido base base acido coniugata di A coniugato di B
Gli acidi e le basi, individuati dalla teoria di Arrhenius, rimangono tali ovviamente anche con la definizione di Brønsted e Lowry, cambia solo l'interpretazione formale delle loro proprietà; tuttavia, con la nuova teoria, si aggiungono all'elenco altre sostanze che in precedenza non potevano essere considerate né acidi né basi.
Se prima della formulazione della nuova teoria un acido era considerato come una sostanza capace di cedere in acqua gli ioni H+, ora un acido viene definito come una sostanza capace di cedere all'acqua (intendendo alla molecola di acqua) gli ioni H+. Ad esempio, per l'acido cloridrico abbiamo:
HCl + H2O " Cl- + H3O+
acido base base acido
Come si può vedere, l'acqua, che nella definizione di Arrhenius non veniva considerata né acido né base (ma la sostanza inattiva che faceva da supporto alle reazioni), ora si comporta da base.
Allo stesso modo le basi erano definite composti capaci di cedere in acqua ioni OH-, mentre ora vengono definite sostanze capaci di acquistare dall'acqua (intendendo dalla molecola d'acqua) protoni. Nel caso dell'idrossido di sodio, NaOH, si ha infatti:
OH- + H2O " H2O + OH-
base acido acido base
Come si può vedere, nella teoria di Brønsted, la vera base non è NaOH, ma il solo ione OH-, il quale, staccando dall'acqua il protone, riduce quest'ultima allo stato di ione OH-, cioè ad una base. In pratica con la nuova teoria non cambia niente rispetto alle proprietà di queste sostanze, si tratta solo di interpretare il fenomeno in modo diverso. Il cambiamento di una teoria con un'altra consiste, a ben vedere, sostanzialmente in questo: la nuova teoria rappresenta un modo originale di interpretare i fatti in maniera tale però da includerne anche di nuovi che in precedenza non si sapeva come giustificare.
Si sarà notato, ad esempio, che nell'ultima reazione che abbiamo scritto, l'acqua si comporta da acido. Le sostanze come l'acqua, che possono agire sia da acido che da base in dipendenza del composto con cui vengono a contatto si dicono anfotere (da una parola greca che significa "l'uno e l'altro di due"), o anfiprotiche, cioè in grado di acquistare o di cedere protoni ("anfi", in greco, significa "da due parti, doppio").
L'acqua non è l'unica sostanza con comportamento anfotero, ve ne sono molte altre. Per esempio lo ione idrogenocarbonato, HCO3-, si comporta da base quando è in presenza di un acido forte, come HCl, accettando i suoi protoni e trasformandosi nell'acido coniugato H2CO3, e si comporta invece da acido quando cede protoni trasformandosi nella base coniugata CO3--. Ecco perché un cucchiaino di bicarbonato di sodio (NaHCO3) sciolto in acqua risolve sia i problemi di acidità di stomaco dovuta ad un eccesso di HCl, sia di pesantezza dovuta ad una carenza di HCl.[/size]
http://ww2.unime.it/cclchim/generale/pdb/NH3_BF3.html
