Equilibrio: ácidos, bases y salesEquilibrio: ácidos, bases y sales

DEFINICIONES

Ácidos y bases de ArrheniusÁcidos y bases de Arrhenius Acido: disuelto en agua aumenta la concentración de iones

hidrógeno (protones) Base: disuelta en agua, aumenta la concentración de iones

hidroxilo

Ácidos y bases (BrÁcidos y bases (Brøønsted-Lowry)nsted-Lowry) Ácido, dona protonesÁcido, dona protones

Debe contener protón removible o acídicoDebe contener protón removible o acídico base, acepta protonesbase, acepta protones

Debe contener un par de electrones no enlazantesDebe contener un par de electrones no enlazantes

DEFINICIONES

Si se comporta como ácido y base:Si se comporta como ácido y base: Sustancia Sustancia ANFIPRÓTICAANFIPRÓTICA

HCO3−

HSO4−

H2O

Cuando un ácido se disuelve en agua…….

Agua actúa como base de Agua actúa como base de BrønstedBrønsted––LowryLowry y remueve y remueve un protón (Hun protón (H++) desde el ácido.) desde el ácido.

Como consecuencia, se forma Como consecuencia, se forma una una base conjugada del ácidobase conjugada del ácido y un y un ion hidronio.ion hidronio.

Acidos y bases conjugadasAcidos y bases conjugadas

Reacciones entre ácidos y bases siempre producen sus Reacciones entre ácidos y bases siempre producen sus ácidos y bases conjugadasácidos y bases conjugadas

Constante de disociación ácidaConstante de disociación ácida ( (KKaa))

HA(ac) + H2O(l) H3O+(ac) + A(ac)

Ka3H O A

HA

H A

HA

Fuerza de ácidos y basesFuerza de ácidos y bases

Ácidos fuertes, completamente Ácidos fuertes, completamente disociados en aguadisociados en agua

Bases conjugadas muy débilesBases conjugadas muy débiles

Ácidos débiles solo parcialmente disociados en agua

Bases conjugadas son bases Bases conjugadas son bases débilesdébiles

Compuestos con una acidez Compuestos con una acidez despreciable no se disocian en despreciable no se disocian en agua:agua:

Bases conjugadas bastante fuertes

Fuerza de ácidos y basesFuerza de ácidos y bases

En cualquier reacción ácido base, el equilibrio favorecerá la reacción En cualquier reacción ácido base, el equilibrio favorecerá la reacción

en donde el protón se transfiere a la base más fuerte!en donde el protón se transfiere a la base más fuerte!

HCl(ac) + H2O(l) H3O+(ac) + Cl−(ac)

HH22O es una base mucho más fuerte que el ion ClO es una base mucho más fuerte que el ion Cl−−, de tal forma , de tal forma

que el equilibrio se desplaza mucho más hacia la derecha (que el equilibrio se desplaza mucho más hacia la derecha (KK>>1).>>1).

Fuerza de ácidos y basesFuerza de ácidos y bases

Acetato es una base más fuerte que el HAcetato es una base más fuerte que el H22O, de tal forma O, de tal forma

que el equilibrio favorece el lado izquierdo (que el equilibrio favorece el lado izquierdo (K<K<1).1).

C2H3O2(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + C2H3O2−(aq)

Fuerza de ácidos y basesFuerza de ácidos y bases

Autoprotólisis (autoionización) del aguaAutoprotólisis (autoionización) del agua

Agua es una molécula anfiprótica (anfotérica) En agua pura, unas pocas moléculas actúan como bases y otras

pocas como ácidos

Denominado autoionización

H2O(l) + H2O(l) H3O+(ac) + OH−(ac)

Constante del producto iónicoConstante del producto iónico

Expresión del equilibrio para este proceso:

Kc = [H3O+] [OH−]

Esta especial constante de equilibrio se denomina como constante del producto iónico del agua, Kw (valor depende de la T)

A 25°C, Kw = 1 x 10A 25°C, Kw = 1 x 10-14-14

T KT Kww

0 0 ooC 0.05x10C 0.05x10-14-14

25 1.0x1025 1.0x10-14-14

37 3.8x1037 3.8x10-14-14

pHDefinido como el logaritmo negativo en base 10 de la

concentración de ion hidronio:pH = pH = −−log [Hlog [H33OO++]]

En agua pura: Kw = [H3O+] [OH−] = 1.0 10−14

Debido a que en agua pura [H3O+] = [OH−],

[H3O+] = (1.0 10−14)1/2 = 1.0 10−7

pH = −log (1.0 10−7) = 7.00

pH

Valores de pH para Valores de pH para varias sustancias varias sustancias comunescomunes

Existen otras escalas “p”……

““p” en pH significa tomar el logaritmo negativo de la cantidad p” en pH significa tomar el logaritmo negativo de la cantidad (concentración de iones hidrógeno)(concentración de iones hidrógeno)

Otros ejemplos similares son pOH, pKw, pKa, pKb, etc, etcOtros ejemplos similares son pOH, pKw, pKa, pKb, etc, etc

También sucede que:También sucede que: pH + pOH = pkw = 14pH + pOH = pkw = 14

Medición del pHMedición del pH

Mediciones menos precisas: papel pH

Papel “rojo” torna azul sobre ~ pH = 8Papel “azul” torna rojo bajo ~ pH = 5

Con indicador

Medición más precisa empleo de peachímetro, mide voltaje de la solución

Medición del pHMedición del pH

ACIDOS FUERTESACIDOS FUERTES

Siete son los ácidos fuertes: HCl, HBr, HI, HNOSiete son los ácidos fuertes: HCl, HBr, HI, HNO33, H, H22SOSO44, HClO, HClO33, & , & HClOHClO44..

Son por definición, electrolitos fuertes y existen en su totalidad como Son por definición, electrolitos fuertes y existen en su totalidad como iones en solución acuosa.iones en solución acuosa.

Para ácidos fuertes monopróticos se cumple que: [HPara ácidos fuertes monopróticos se cumple que: [H33OO++] = [acid].] = [acid].

BASES FUERTESBASES FUERTES

Las bases fuertes corresponden a hidróxidos solubles, hidróxidos alcalinos Las bases fuertes corresponden a hidróxidos solubles, hidróxidos alcalinos y alcalino térreos más pesados (Cay alcalino térreos más pesados (Ca2+2+, Sr, Sr2+2+ & Ba & Ba2+2+).).

Disociados completamente en soluciones acuosas.Disociados completamente en soluciones acuosas.

Constantes de disociaciónConstantes de disociación

Para una disociación ácida general,

la expresión de equilibrio sería:

La constante de equilibrio se denomina constante de disociación ácida, Ka.

[H3O+] [A−][HA]

Kc =

HA(ac) + H2O(l) A−(ac) + H3O+(ac)

CONSTANTES DE DISOCIACIONCONSTANTES DE DISOCIACION

A mayor valor de Ka, mayor la fuerza del ácido.

Cálculo de Ka a partir del pH

El pH de una solución de ácido fórmico 0,1M, HCOOH, medido a 25°C es de 2,38. Calcular el valor de Ka a esta temperatura

Se sabe que:

Cálculo de Ka requiere conocer las concentraciones en equilibrio de las tres especies!

[H3O+] es la misma que [HCOO-], y pH = -log [H3O+]

[H3O+] [COO−][HCOOH]

Ka =

[HCOOH], M [H3O+], M [HCOO−], M

Inicialmente 0.10 0 0

Cambio en concentración

−4.2 10-3 +4.2 10-3 +4.2 10−3

Concentración en equilibrio

0.10 − 4.2 10−3

= 0.0958 = 0.10

4.2 10−3 4.2 10−3

Cálculo de Ka a partir del pH

[4.2 10−3] [4.2 10−3][0.10]

Ka =

= 1.8 10−4

Porcentaje de disociación (ionización)

100*(M) inicial cantidad

(M) disociada cantidadn disociació %

Tratamiento cuantitativo del equilibrio ácido/base

ACIDOS Y BASES FUERTESACIDOS Y BASES FUERTES

ACIDOS Y BASES DEBILESACIDOS Y BASES DEBILES

SALES DE ACIDOS DÉBILESSALES DE ACIDOS DÉBILES

Acido débil+ base fuerte ej acetato de sodio

Base débil + acido fuerte ej. cloruro de amonio

Acido débil´+ base débil ej acetato de amonio

Acido fuerte + base fuerte ej cloruro de sodio

Relación entre Ka & Kb

Ka & Kb se relacionan por la constante de disociación del agua para un par ácido/base conjugado:

Ka Kb = Kw

Conociendo una, se puede calcular la otra y viceversa….

Cálculo exacto de pH a través de la ecuación de balance Cálculo exacto de pH a través de la ecuación de balance de protones (PBE)de protones (PBE)

•Lado izquierdo de la ecuación todas las especies formadas por consumo de protones

•Lado derecho de la ecuación todas las especies que se forman por pérdida de protones

•Expresar todas las especies en función de la concentración de protones

•Buscar la expresión matemática que permita resolver el cálculo de la concentración de protones y por tanto el pH

Cálculo del pH a partir de una solución de ácido clorhídrico 0,1M

Cálculo del pH a partir de una solución de ácido clorhídrico 1*10-8 M

H

KCH w

a][ 0,7lim0

H

KC w

aH

2

42

2

acbbx

ocbxax

2

4][

][][

2

2

waa

wa

KCCH

oKHCH

Cálculo de pH (exacto) para un par ácido base conjugado

PBE = ??

a

base

kOH

COHHA

3

3 * a

acidoa

kOH

CkB

3

*

OHOHC

OHOHCkaOH

base

acido

3

33

Ecuación exacta desarrollada sin supuestos. Muy complicada por lo que afortunadamente puede ser simplificada

Soluciones que contienen solo un ácido débil

Cálculo de pH a partir de este tipo de soluciones

Ejemplo calcule el pH de una solución de ácido salicílico 0,01M, el cual posee una ka de 1,06 x 10-3 a 25ºC

BASES DEBILESBASES DEBILES

Bases reaccionan con agua para generar ion OH-

Bases débilesBases débilesKb puede ser empleado para calcular [OH−] y a través de él, pH

Cálculo de pH de una base débil

a

base

kOH

COHHA

3

3 * a

acidoa

kOH

CkB

3

*

OHOHC

OHOHCkaOH

base

acido

3

33

OHC

OHkOH

base

a *3

Factores que afectan la fuerza de un ácidoFactores que afectan la fuerza de un ácido

A mayor polaridad del enlace H-X y/o más débil sea este A mayor polaridad del enlace H-X y/o más débil sea este enlace, más ácido será el compuesto resultanteenlace, más ácido será el compuesto resultante

La acidez aumenta de izquierda a derecha a través de una La acidez aumenta de izquierda a derecha a través de una fila de arriba hacia abajo en un grupofila de arriba hacia abajo en un grupo

Fuerza ácida y electronegatividad del átomo unido Fuerza ácida y electronegatividad del átomo unido a OH de un oxiácidoa OH de un oxiácido

a mayor a mayor electronegatividad de Y electronegatividad de Y (Y-OH) mayor acidez (Y-OH) mayor acidez del ácido del ácido correspondientecorrespondiente

para una serie de oxiácidos, la acidez aumenta con el para una serie de oxiácidos, la acidez aumenta con el número de átomos de oxígeno en la moléculanúmero de átomos de oxígeno en la molécula

Factores que afectan la fuerza de un ácidoFactores que afectan la fuerza de un ácido

hipoclorosohipocloroso cloroso clórico cloroso clórico perclórico perclórico

las bases conjugadas de ácidos carboxílicos se estabilizan las bases conjugadas de ácidos carboxílicos se estabilizan por deslocalización electrónica. Esto hace que el ácido sea por deslocalización electrónica. Esto hace que el ácido sea más fuerte. la deslocalización electrónica se puede más fuerte. la deslocalización electrónica se puede demostrar con estructuras de resonancia.demostrar con estructuras de resonancia.

Factores que afectan la fuerza de un ácidoFactores que afectan la fuerza de un ácido