Post on 24-Jan-2016
Equilibrio ácido base: COMPORTAMIENTOS Y
PREDICCIONES
Química General
Relación entre fuerza y estructura
Hay que tener en cuenta tres factores
La fuerza de enlaceLa electronegatividad del elemento unido al
protónEl número de oxidación del átomo central
Fuerza de enlace ácidos binarios: átomos del mismo grupo
Ácido Ka E disoc.
(kJ/mol)
________________________________ HF 7.2x10-4 562 HCl 1.0x10 6 431 HBr 1.0x109 366 HI 3.0x109 293_________________________________
• El ácido H-A será mas fuerte cuanto mas débil sea el enlace
• En un grupo, a mayor electronegatividad mayor fuerza de unión y menor fuerza del ácido
Para un mismo grupo• HI > HBr > HCl > HF• En la diapositiva que sigue
vemos ADEMÁS que A MAYOR TAMAÑO DE LA MOLÉCULA MAYOR ACIDEZ
HF HCl HBr HI
H2O H2S H2Se H2Te
Fuerza de enlace ácidos binarios: átomos del mismo período
• El ácido SERÁ más fuerte cuanto mayor sea la electronegatividad del central.
Para un mismo periodo• HF > H2O > H3N > H4C
• No se predicen como para un grupo ya que hay DIFERENTES ESTEQUIOMETRÍAS Y PRESENCIA DE PARES SOLITARIOS. EN GRAL. LA FUERZA ÁCIDA AUMENTA CON EL NÚMERO ATÓMICO CON LA MAYOR ELECTRONEGATIVIDAD
Ka EN (electronegatividad)
pH
HF7.2 x 10-4 1.8 2.1
H2O 1.8 x 10-16 1.2 7
NH3 1.0 x 10-33 0.8 11.1
CH4 1.0 x 10-49 0.4 ---
Los hidrácidos del segundo período, se vuelven más ácidos en función de la diferencia de electronegatividad.
Dual role of H2O, acid & base
Caption
Substances, like water, that can act as acids or bases are amphiprotic
Fuerza de los ácidos binarios
Estos ácidos, que tienen un solo hidrogeno y un no metal, aumenta su fuerza ácida hacia la derecha en el periodo y hacia abajo en el grupo. El mas fuerte como ácido es el HI
Aumento de la fuerza
ácida
Aumento de lafuerzaácida
REGLAS DE PAULING PARA PREDECIR FUERZA DE ÁCIDOS
1.- A mayor número de oxígenos unidos al átomo central, mayor fuerza ácida
REGLAS DE PAULING PARA PREDECIR REGLAS DE PAULING PARA PREDECIR FUERZA DE ÁCIDOSFUERZA DE ÁCIDOS
Los ácidos -tal como el H2SO4- se pueden escribir como SO2(OH)2
REGLA
La fuerza de los ácidos (valor de la primera constante) que tienen la formula general
XOn (HO)m se relaciona al valor de n:
a- si n=0, ácido muy débil Ej (HO)3B: H3O3B
b- si n=1, ácido débil Ej. NO(OH): HNO2
c- si n=2, ácido fuerte Ej. SO2(OH)2 : H2SO4
d- si n=3, ácido muy fuerte (HO)O3Cl: HO4Cl
Fuerza de los oxoácidos
Para un mismo átomo central
A mayor número de átomos de oxígenos unidos al átomo central , mayor fuerza del ácido
_________________________________________________HOCl HOClO HOClO2 HOClO3
_________________________________________________
pKa 7.2 2.0 Fuerte Muy Fuerte
_________________________________________________
A mayor número de oxígenos terminales (rojo) , mayor es la fuerza del oxácido.
Fuerza relativa de los oxácidos
La carga de ácidos y bases
La carga de las moléculas o iones pueden influenciar la habilidad de actuar como ácido o base. Lo observamos en el pH de una solución 0,1M de
H3PO4 pH= 1,5
H2PO4- pH= 4,4
HPO42- pH= 9,3
PO43- pH= 12,0
Otras consideraciones sobre predicción de comportamientos
• Fuerza de los ácidos ternarios con el mismo átomo central:A mayor número de oxidación, mayor acidez (LA UNIÓN X-O ES MÁS FUERTE QUE LA O-H). Ejs.
H2SO4 > H2SO3
HNO3 > HNO2
HClO4 > HClO3 > HClO2 > HOCl
Otras consideraciones sobre predicción de comportamientos
Fuerza de los ácidos ternarios con diferentes átomos centrales
• Con igual número de oxidación del átomo central: es mayor la fuerza ácida al ser mayor la electronegatividad
• A MAYOR ELECTRONEGATIVIDAD, MAYOR ACIDEZ
• Cuanto más polar es el enlace, el H unido al O puede cederse más fácilmente al H2O
Otras consideraciones sobre predicción de comportamientos
• EJEMPLOS:
• H2SO4 > H2SeO4
• HNO3 > H3PO4
• HClO4 > HBeO4
Correlación entre la fuerza ácida y la electronegatividad
Ácido Estructura
Electronegatividad
del atomo X
Ácido hipocloroso,
Ácido hipobromoso,
Ácido hipoiodoso,
Fuerza de los oxoácidos o ternarios
Cuando la identidad del átomo central en una serie de oxoácidos varia, manteniendo el número de oxígenos constante, observamos que cuanto más electronegativo sea el átomo central , más fuerte es el ácido.
___________________________________________
H3AsO4 H3PO4 HIO4 HClO4
Electronegatividad 2,0 2,1 2,5 3,0
pKa 2,30 2,12 1,64 Muy Fuerte______________________________________________________
HOCl HOClO
HOClO2 HOClO3
Reglas de Pauling para oxoácidosReglas de Pauling para oxoácidos
2. Las sucesivas constantes de ácidos polipróticos K1, K2, K3,….están en una relación 1: 10-5 : 10-10 … Ej: las constantes del ácido fosfórico Ka1= 7,5.10-3
Ka2= 6,2.10-8
Ka3= 4,2.10-13
Ácido nítrico Ácido nitroso
Nitrógeno
N OOHNOH
O
O
SOH
O
O
H
Ácido sulfuroso
S OOH
O
O
H
Ácido sulfúrico
Azufre
P HOH
H
O
Ácido hipofosforoso
P O HOH
H
O
Ácido fosforoso
P O HOH
O
O
HÁcido fosfórico
Fósforo
Fósforo ¡Cuidado con las estructuras!
H3PO3 TIENE UN HIDRÓGENO DIRECTAMENTE UNIDOS AL FÓSFORO QUE NO IONIZA
H3PO3 → HPO3-2 + 2H+
P O HOH
H
O
Ácido fosforoso
P HOH
H
O
Ácido hipofosforoso
Fósforo ¡Cuidado con las estructuras!
H3PO2 TIENE DOS HIDRÓGENOS DIRECTAMENTE UNIDOS AL FÓSFORO QUE NO IONIZAN
H3PO2 → H2PO2- + H+
Resumen
Características de iones metálicos
•Todos los iones metálicos reaccionan con el agua•La reacción es mucho mayor para los cationes metálicos pequeños y de carga elevada como el Al+3, Cr +3, Fe +3, Bi +3 y Be +2
EN GENERAL “A MAYOR CARGA Y MENOR RADIO” (EL ION ES MÁS POLARIZANTE)
MAYOR PODER ÁCIDO
En general se desprecia la interacción de los iones de los metales alcalinos y de algunos de los alcalino-térreos
Características de iones metálicos
Entre Be +2 y Ca+2 TOMANDO EN CUENTA LA RELACIÓN CARGA SOBRE RADIO, el Be+2 es más ácido ya que posee menor tamaño
Carácter ácido del catión AlCarácter ácido del catión Al3+3+
Al(H2O)63+ + H2O Al(H2O)5(OH)2+ + H+
Ka = 1,3 x 10-5
LOS IONES DE LOS METALES SON ÁCIDOS DE LEWIS
Hidrólisis de iones metálicos: Al+3
Al(H2O)63+ + H2O Al (OH)(H2O)5
2+ + H3O+
[ [Al (OH)(H2O)5]2+]. [ H3O+]Ka = ________________________ = 1.3 x 10-5
[Al(H2O)63+]
El pH será ácidoEl pH será ácido
Carácter ácido del catión AlCarácter ácido del catión Al3+3+
Al3+ + H2O Al(OH)2+ + H+
Al(OH)2+ + H2O Al(OH)2+ + H+
Al(OH)2+ + H2O Al(OH)3 + H+
•Carácter ácido:
ANFOTERISMO
Carácter básico del catión AlCarácter básico del catión Al3+3+
Al(OH)3 + OH- Al(OH)4-
•Carácter básico:
Al(OH)4- AlO2
- + 2 H2O aluminato (otra forma de escribirlo)
ANFOTERISMO
ANFOTERISMO
•CAPACIDAD PARA REACCIONAR TANTO CON ÁCIDOS COMO CON BASES•Se da en metales de transición de electronegatividad intermedia
OTROS EJEMPLOS:Zn: Zn+2 / Zn(OH)2 / Zn(OH)4
-2 o ZnO2-2
Sn: Sn+2 / Sn(OH)2 / Sn(OH)4-2 o SnO2
-2
Sn: Sn+4 / Sn(OH)4 / Sn(OH)6-2 o SnO3
-2
Ionización del [Al(H20)6]3+(aq) comportándose como un ácido
La transferencia de protones del ligando agua hacia las moléculas del solvente (agua) produce una aumento en la concentración de protones en la solución.
Al(H2O)63++ H2O Al (OH)(H2O)5 2+ + H3O+
HidrólisisHidrólisis de iones metalicosde iones metalicos
Cationmetálico
Átomo de hidrógeno ácido
Hidrólisis de iones metálicos: Fe+3
Fe(H2O)63+ + H2O [Fe (OH)(H2O)5]2+ + H3O+
rosado amarillo
[ [Fe (OH)(H2O)5]2+]. [ H3O+ ]Ka = ________________________
[Fe(H2O)63+]
El pH será ácidoEl pH será ácido
La transferencia de protones del ligando agua hacia las moléculas del solvente (agua) produce una aumento en la concentración de protones en la solución.
Ionización del [Fe(H20)6]3+(aq) comportándose como un ácido
pH de sales con iones de metales de transición
Determinacion del pH de una solucion 0,1M
de
FeCl3 pH =2
AlCl3 pH =3
Cu(NO3)2 pH =4
Bibliografia
• Capítulo 14. Química. Atkins-Jones
• Capítulo 15. Química. R Chang
• Capítulo 15. Umland -Bellama
PREDICCIONES DE PREDICCIONES DE COMPORTAMIENTOCOMPORTAMIENTO
TRATAMOS DE DESARROLAR CONCEPTOS QUE NOS AYUDEN A PREDECIR EL COMPORTAMIENTO DE LOS ÁCIDOS CLASIFICADOS EN DOS GRANDES GRUPOS: BINARIOS Y TERNARIOS (ESTOS ÚLTIMOS DEL TIPO HnXOm)