EQUILIBRIO ACIDO -BASE

Los electrolitos se clasifican en ácidos, bases y sales. Para el caso de ácidos y basesse encuentran diferentes definiciones.

Svante Arrhenius:En solución acuosa, los ácidos son compuestos que liberan iones hidrógeno o protones (H+)En solución acuosa, las bases son compuestos que liberan iones hidroxilo (OH-)

Brönsted y Lowry:

Ácidos son compuestos que pueden ceder protones.

Bases son compuestos que pueden captar protones.

Lewis:

Ácido es todo compuesto que puede aceptar un par de electrones para formar un enlace covalente.

El protón (H+) es ácido porque es deficiente en electrones de valencia. El ion hidroxilo(OH-) es base porque posee de electrones disponibles para compartir.

BF3 es un ácido de Lewis y el NH3 es una base

B

F

F

F

N

H

H

H B

F

F

F

N

H

H

H

Compuestos anfipróticos: son aquellos que actúan como ácido o como base

Las tres teorías ácido-base tienen la misma validez. Las dos primeras teoríasson casos particulares de la teoría de Lewis.

CONCEPTO DE ACIDO Y BASE CONJUGADA

HA + B A- + BH+

ácido 1 base 2 base 1 ácido 2

El ácido 1 al ceder H+ se transforma en base 1, su base conjugada

La base 2 al captar H+ se transforma en ácido 2, su ácido conjugado

HCl + H2O H+ + Cl-

Un ácido fuerte genera una base conjugada débil

CH3COOH + H2O CH3COO- + H+

Un ácido débil genera una base conjugada fuerte

Para las bases (fuertes o débiles) se aplica el mismo concepto

DISOCIACIÓN DEL AGUA

2 H2O H3O + OH

H2O H + OH

Ki = H OH-

H2O

Ki H2O = H OH-

Ki H2O = Kw

A 25 ºC, Kw = 1 • 10 -14, ya que ki = 1,8 • 10 -16 y H2O = 55,5 M

En el agua pura se cumple que H = OH- = 10-7 M

Kw = H OH-

H = OH- = 10-7 M

DISOCIACIÓN DEL AGUA

La relación:

H • OH- = 10-14 M

Se aplica no sólo al agua pura, sino que a cualquier solución acuosa,aún cuando las concentraciones de H+ y OH- sean diferentes entre sí

(producto iónico del agua)

Así por ejemplo, si en una solución, la H es 10-3 M , la OH- será 10-11 M

Cuando en una solución, la H OH- , la solución es ácida.

Cuando en una solución, la H = OH- , la solución es neutra.

Cuando en una solución, la H OH- , la solución es básica.

CONCEPTO DE pH

Se define al operador p, como el logaritmo negativo de (p = -log)

Logaritmo de un número es el exponente al cual hay que elevar 10 (la base)para obtener ese número.

Ej. 0,0000001 = 10-7Base= 10

Exponente= -7

Logaritmo = -7 -1

- log = 7 Como p= -log

pH = 7 -log [H+]

H • OH- = 10-14 M

log H + log OH- = 10-14

pH + pOH = 14

ESCALA DE pH:

Va de 0 a 14

Es válida para concentraciones iguales o inferiores a 1M.

H pH pOH+

1 x 10 0 141 x 10 1 131 x 10 2 121 x 10 3 111 x 10 4 101 x 10 5 91 x 10 6 81 x 10 7 71 x 10 8 61 x 10 9 51 x 10 10 41 x 10 11 3etc...

0

-1

-2

-3-4

-5

-6

-7

- 8- 9

-10

-11

pH neutro

pH ácido

pH básico

ESCALA DE pH

H+ pH

1x 10 –1 1 1x 10 –2 2 1x 10 –3 3 1x 10 –4 4 1x 10 –5 5 1x 10 –6 6 1x 10 –7 7

1x 10 –8 8 1x 10 –9 9

1x 10 –10 10 1x 10 –11 11 1x 10 –12 12 1x 10 –13 13 1x 10 –14 14

DISOCIACIÓN DE ÁCIDOS Y BASES, Ka y Kb

Un ácido es fuerte cuando, al ser puesto en un solvente, se disocia por completo. Dehecho, un ácido fuerte no tiene constante de equilibrio.

HNO3 H+ + NO3-

Inicio 1 x10-3 M 0 0Final 0 1 x10-3 M 1 x10-3 M

[H+]= 1 x10-3 M; pH ? (-log [H+])

-log 1 x10-3 = - (log 1 + log 10-3)

= 0 - (-3)

-log 1 x10-3 = 3

pH = 3

DISOCIACIÓN DE ÁCIDOS Y BASES, Ka y Kb

Si tenemos una base fuerte, la disociación también es completa

BOH B+ + OH-

Inicio 0,1 M 0 0Final 0 0,1 0,1

pOH = -log [OH-)

pOH = -log 0,1

pOH = 1 pH + pOH = 14

pH = 14 - 1

pH = 13

Cálculo de pH en soluciones de ácidos débiles.

Se dice que un ácido es débil, cuando en solución acuosa sedisocia sólo parcialmente. Por lo tanto es también un electrolito

débil.

CH3COOH CH3COO- + H+

Ej. La disociación del ácido acético alcanza cierto punto, el equilibrio.

Por lo tanto poseen una constante de equilibrio, también llamada constante de disociación del ácido o constante de acidez. Esta constante es propia de cadaácido y su valor sólo será afectado por la temperatura.

Ka = Keq

Ejercicio-Ejemplo:El ácido acético tiene una Ka= 1,78 x 10-5. Determine el pH de una solución 0,1 M del ácido.

CH3COOH CH3COO- + H+

Inicio 0,1 M 0 0Final 0,1 - X x x

X, representa lo que se disocia. Por lo tanto se le resta al ácido.

La cantidad disociada es igual a la [H+] y a la [CH3COO-]

Si recordamos que la disociación del ácido está regida por su Ka:

[H+] • [CH3COO-] Ka =

[CH3COOH]

[X] • [X] Ka=

[0,1 -X]1,78 x 10-5[X] • [X]

[0,1 -X]=

1,78 x 10-5[X] • [X]

[0,1 -X]=

Considerando que:

[CH3COOH]

Ka

0,1

1,78 x 10-5= 5,6 x103: 0,1 -x = 0.1 (desprecio X)

1,78 x 10-5[X] • [X]

0,1= 1,78 x 10-5X2

0,1=

1,78 x 10-6X2 =

X= 1,334 x10 -3 = [H+]

pH = 2,88

=

-log [H+] = pH

CÁLCULO DE pH EN SOLUCIONES DE ÁCIDOS.

1.- Solución de ÁCIDO FUERTE: - significa que se disocia por completo -

Ej: HCl 2 x 10-2 M

+ -HCl H + Cl

inicial: 0,02 M 0 0

Final: 0 0,02 0,02

pH = - log H +

- log 0,02 = 1,699

pH = 1,7 pH ácido

2.- CÁLCULO DE pH EN SOLUCIÓN DE BASE FUERTE

Ej: NaOH 0,05 M

- se disocia por completo -

NaOH Na +

OH

+ -

Inicial: 0,05 M 0 0 Final: 0 0,05 0,05

pOH = - log OH-

- log 0,05 = 1,3

pOH =1,3 pH = 14 - pOH

pH = 12,7 pH básico

3.- CÁLCULO DE pH DE SOLUCIÓN DE ÁCIDO DÉBIL

Ej: CH3 COOH 0,02 M- no se disocia por completo - equilibrio

- + CH3 COOH CH3COO + H

Inicial: 0,02 M 0 0

(final:) Equilibrio: 0,02 - x x x

1,75 x 10 =

- 5 x 2

0,02 - xEcuación de 2° gradoEcuación de 2° grado

Keq = CH3COOH

CH3COO H- +

= 1,75 x 10- 5

= Ka

La ecuación de 2° grado se resuelve:

x =- b

+ - b - 4 a c

2

2 a x =

pero si : conc. inicial

Keq100

Ka =x 2

conc. inicial - x

se elimina

Ka =x

conc. inicial

y queda:

2

16

Ej: Calcular el pH de una solución de CH3COOH 0,004 M

CH3COOH CH3COO + H- +

i : 0,004 0 0

eq: 0,004 - x x x

Ka = 1,75 x 10-5

4 x 10 -3

1,75 x 10-5 =

235,3100 Puede despreciarse la

x en el denominador

1,75 x 10 =-5 x

2

4 x 10-3 x = (1,75 x 10 ) ( 4 x 10 )

- 5 -3

x = 2,6 x 10- 4

H +

pH = -log H +

pH = -log 2,6 x 10 = 3,59-4

pH = 3,6 pH ácido

Si se quiere conocer el pOH:

pOH = 14 - pH

pOH = 10,4

CALCULAR EL pH DE UN SOLUCIÓN DE BASE DÉBIL.

Se procede en forma análoga , pero se tiene que conocer la Kb y

con ese dato primero se obtiene el pOH y luego por diferencia

se calcula el pH. + -

Kb =B OH

BOH

Ej : NH4 OH Kb = 1,8 x 10-5

NH4OH NH4 + OH+ -

Kb =NH4 OH

+ -

NH4OH= 1,8 x 10

-5