Fuerza de Acidos y Bases. Sales en Agua (1)
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Equilibrio cido-base Fuerza relativa de cidos y bases Sales en aguaQumica General e Inorgnica 16 de abril de 2012 Prof. Dra. Marisa G. RepettoPrimer cuatrimestre 2012
Tipos de cidos HidrcidosCompuestos binarios: no metal + hidrgeno
OxocidosCompuestos ternarios: no metal + oxgeno + hidrgeno
no metal + hidrgeno (hidruro covalente) En solucin acuosa
no metal + oxgeno (xido cido)
+ H2O
Relacin entre fuerza y estructura1. Hidruros covalentes: electronegatividad del elemento (en el mismo perodo) tamao del tomo (en el mismo grupo)
CH4, NH3, H2O, H2S, HF, HCl,2. Oxocidos Electronegatividad Carga formal Nmero de oxidacin Nmero de tomos adicionales de oxgeno
HClO, HNO3, HNO2,
Hidruros covalentes Relacin entre fuerza y estructuraFactores que determinan la fuerza de un cido o una base 1. La electronegatividad del elemento unido al protn (en el mismo perodo)El elemento atrae e- del H y facilita su salida como protn
2. La fuerza de enlace (en el mismo grupo)
Comparaciones en el mismo perodo
Diferencia de electronegatividadA mayor electronegatividad del no metal mayor fuerza cida del hidruro
Ka HF 7.2 x 10-4 1.8 x 10-16 1.0 x 10-33
EN 1.8 1.2 0.8
pH 2.1 7 11.1
H2O NH3
CH4
1.0 x 10-49
0.4
---
Los hidrcidos del segundo perodo, se vuelven mas cidos en funcin de la diferencia de electronegatividad.
Fuerza de los cidos binariosAumento de la fuerza cida
Aumento de la fuerza cida
Estos cidos, que tienen un solo hidrgeno y un no metal, aumenta su fuerza cida hacia la derecha en el perodo y hacia abajo en el grupo. El ms fuerte como cido es el HI
Comparaciones en el mismo grupo Fuerza de enlacecido Ka E disoc.(kJ/mol)
El cido H-A ser ms fuerte cuanto ms dbil sea el enlace. Para un mismo grupo la fuerza del cido es: HI > HBr > HCl > HF
HF 7.2x10-4 562 HCl 1.0x10 6 431 HBr 1.0x109 366 HI 3.0x109 293 _________________________________
Predomina el tamao del tomo sobre la electronegatividad
Acidez de los hidruros covalentes de un mismo grupo La acidez de los hidruros de los elementos de un grupo aumenta con el aumento del tamao del tomo central (nube electrnica ms difusa) Orden de acidez creciente inverso a lo esperado si se considera la electronegatividad
Reglas de Pauling para oxocidosA mayor nmero de oxgenos unidos al tomo central, mayor fuerza cida. A mayor nmero de oxidacin, mayor acidez. A mayor electronegatividad, mayor acidez. Cuanto ms polar es el enlace, el H unido al O puede cederse al H2O.
Fuerte
Fuerte
Fuerza de los oxocidosCuando la identidad del tomo central en una serie de oxicidos vara, manteniendo el nmero de oxgenos constante, observamos que cuanto ms electronegativo sea el tomo central , ms fuerte es el cido. ___________________________________________H3AsO4Electronegatividad 2,0 2,5
HIO4
3,0
HClO4
pKa 2,30 1,64 Fuerte ______________________________________________________
Correlacin entre la fuerza cida y la electronegatividadElectronegatividad
Acidocido hipocloroso,cido hipobromoso, cido hipoiodoso,
Estructura
del atomo X
Diferencia de electronegatividadtomos electronegativos
Densidad electrnica
Electrones deslocalizados
A mayor electronegatividad mayor fuerza cida del oxoacido
NitrgenoOH O N Ocido ntrico cido nitroso
H O N
O
AzufreHO H O S Ocido sulfuroso
HO
H O SO
O
cido sulfrico
Propiedades cido-base de soluciones salinas
Sales CationesTipos de sales1.- Sales de cido fuerte y base fuerte solubles. NaCl 2.- Sales de base fuerte y cido dbil solubles. NaAc 3.- Sales de bases dbiles y cidos fuertes solubles. NH4Cl 4.- Sales de bases dbiles y cidos dbiles solubles. NH4Ac
Aniones
Fuerza relativa de cidos y bases conjugadas
cido fuerte
H+
H+
cido dbil
Base conjugada
Dbil
Fuerte
Todo cido tiene una base conjugadaEl cido pierde un protn OH - : base conjugada del H2O A- : base conjugada del HA
Toda base tiene un cido conjugadoLa base adiciona un protn H3O+ : cido conjugado del H2O AH : cido conjugado del A-
Reacciones de transferencia de protones est goberanada por la capacidad relativa de los dos cidos para transferir protones HCl + H2Ocido fuerte
Cl - + H3O +Base conjugada dbil
HNO2 + H2Ocido dbil
NO2 - + H3O +Base conjugada fuerte
A- (ac) + H2O (l)
HAc (ac) + HO - (ac) Bsicos
Los aniones que provienen de cidos dbiles Los aniones que provienen de cidos fuertes
Neutros
HSO3 - (ac) + H2O (l) HSO3 - (ac) + H2O (l)
SO3 2- (ac) + H3O+ (ac) H2SO3 (ac) + HO - (ac)
cido conjugado Base conjugada Aniones anfteros depende de Ka y Kb del in
Algunos pares conjugados cido-basecido HNO3 HF HC2H3O2 H2CO3 NH4 + Ka Base Kb basicidad insignificante 1,5 x 10 -11 5,6 x 10 -10
cido NO3 fuerte 6,8 x 10 -4 F 1,8 x 10 -5 C2H3O-
4,3 x 10 -7 HCO3 - 2,3 x 10 -8 5,6 x 10 -10 NH3 1,8 x 10 -5
Relacin entre la constante de ionizacin y pares conjugadosHCN + H2O CN- + H3O+ HCN + OHKa
CN- + H2O Sumando H2O + H2O
Kb
H3O+ + OH-
Ka.Kb = Kw
Iones como Acidos y BasesCH3CO2H + H2O CH3CO2- + H3O+
CH3CO2- + H2Obasecido
CH3CO2H + OHKb= [CH3CO2H] [OH-] [CH3CO2-]
=?
[CH3CO2H] [H3O+] [OH-] KW 1.010-14 Kb= = 5.610-10 = = [CH3CO2-] [H3O+] 1.810-5 Ka
Ka Kb = Kw
Iones como Acidos y BasesNH3 + H2O NH4+ + H2Ocido base
NH4+ + OHNH3 + H3O+
Ka=
[NH3] [H3O+] [NH4+]
=?
Ka=
[NH3] [H3O+] [OH-] [NH4+] [OH-]
=
KWKb
1.010-14= 1.810-5
= 5.610-10
Ka Kb = Kw
[H3O + ][B] Ka . Kb = [HB+] Ka . Kb = Ka . Kb =
[HB+] [OH -] [B]
[H3O + ] [OH -] Kw
Para cualquier par cido-base conjugado
Kw = Ka . Kb
Ka = Kw Kb
Kb = Kw Ka
Para cidos conjugados provenientes de base dbil
Para bases conjugadas provenientes de cido dbil
Hidrlisis
Na+ + H2O Na+ + H2O Cl- + H2O Cl- + H2O NH4+ + H2O NH3 + H3O+
No reacciona
No reaccionaHidrolisis
Na2HPO4 presenta comportamiento anfteroHPO42 - (ac) H+ (ac) + PO4 3 - (ac)
Ka = 4,2 . 10 -13
HPO42 - (ac) + H2O (l)
H2PO4- (ac) + HO - (ac)
Ka . Kb = Kw Kb = 1,6 . 10 -7 Kb > KaSolucin bsica
Caractersticas de iones metlicos
Todos los iones metlicos reaccionan con el agua, pero es mucho
mayor para los cationes metlicos pequeos y de carga elevadacomo el Al+3, Cr +3, Fe +3, Bi +3 y Be +2 . En general se desprecia
la interaccin de los iones de los metales alcalinos y de lasmayora de los alcalinoterreos.
Hidrlisis de iones metlicosTodos los iones metlicos reaccionan con el agua cationes metlicos pequeos carga elevada
Cu +2, Al+3, Cr +3, Fe +3, Bi +3 y Be +2 .metales alcalinos mayora de alcalino trreosNo hidrolizan
Hidratacin:
Interaccin cido-base de Lewis en el cual el in metlico acta como cido de Lewis y el agua como base
Ionizacin del [Al(H20)6] 3+(ac) : carcter cido[Al (H2O)6 ] 3+ (ac) + H2O [Al (H2O)5 (OH)] 2+ (ac) + H3O + (ac) Ka = 1,3 x 10-5
Estructura octadricaLa transferencia de protones del ligando agua hacia las molculas del solvente (agua) produce una aumento en la concentracin de protones en la solucin.
Carcter cido del catin Al3+Carcter cido:
Hidrlisis de iones metalicosAl 3+ atrae e- del O, debilitan enlace O -H del H2O unida al catin
Electrn deslocalizadoCation metlico
tomo de hidrgeno cido
Se pierde un protn
lo toma el agua
Al(H2O)63++ H2O Al (OH)(H2O)5 2+ + H3O+
Hidrlisis de iones metlicosAlCl3(s) Al(H2O)63+ + 3 Cl-
Al(H2O)63+ + H2O Al (OH)(H2O)52+ + H3O+ [ Al (OH)(H2O)52+ ]. [ H3O+ ] Ka = ________________________ = 1.3 x 10-5 [Al(H2O)63+ ]
El pH ser cido.
Ionizacin del [Fe(H20)6]3+(aq) comportndose como un cido
La transferencia de protones del ligando agua hacia las molculas del solvente (agua) produce una aumento en la concentracin de protones en la solucin.
Hidrlisis de sales1.- Sales de cido fuerte y base fuerte solubles.2.- Sales de base fuerte y cido dbil solubles.
3.- Sales de bases dbiles y cidos fuertes solubles.4.- Sales de bases dbiles y cidos dbiles solubles.
1- SALES DE CIDO FUERTE Y BASE FUERTENaCl (s) Na+ (ac) + Cl (ac) H2O (l) + H2O (l) OH (ac) + H3O+ (ac)
Las soluciones de este tipo de sales son neutras (pH= 7), porque ni su catin, ni su anin reaccionan con el agua.
2- SALES DE BASE FUERTE Y CIDO DBIL SOLUBLESH2O CH3COONa (s) Na+ (ac) +CH3COO (ac) H2O (l) + H2O (l) OH (ac) + H3O+ (ac)
CH3COO (ac) + H2O (l) CH3COOH (ac) + OH (ac)Kb = [CH3COO H] . [OH] [CH3COO ]
2- SALES DE BASE FUERTE Y CIDO DBIL SOLUBLESSi se multiplica el numerador y el denominador de esta expresin por [H3O+], se tiene: Kw Kb = [CH3COOH] . [OH-] . [H3O+] . [CH3COO ] . [H3O+]
2- SALES DE BASE FUERTE Y CIDO DBIL SOLUBLESEntonces en el caso particular de estas sales, la expresin de Kb ser: Kb = Kw = [CH3COOH] . [OH-] = 1 x 1014 = 5,6 x 1010 Ka [CH3COO ] 1,8 x 105
Esta reaccin provocar un exceso de OH y la solucin se har bsica (pH > 7).
Problema1. NaOH + HAc Ac- + H2O 2. KOH + NaCN CN- + H2O 3. NaOH + HF F- + H2O NaAc + H2O HAc + OHNaCN + H2O HCN + OHNaF + H2O HF + OH-
3- SALES DE BASES DBILES Y CIDOS FUERTES SOLUBLES.H2O NH4Cl (s) Cl (ac) + NH4+ (ac)H2O (l) + H2O (l) OH (ac) + H3O+ (ac) Si hidrolizamos el catin: NH4+ (ac) + H2O (l) NH3 (ac) + H3O+ (ac)
3- SALES DE BASES DBILES Y CIDOS FUERTES SOLUBLES.NH4+ (ac) + H2O (l) NH3 (ac) + H3O+ (ac)
Ka =Kw = [NH3] . [H3O+] = 5,6 x 1010 M Kb [NH4+] Esta reaccin provocar un exceso de H3O+ y la solucin se har cida (pH < 7).
4.- SALES DE BASES DBILES Y CIDOS DBILES SOLUBLES.Por ello se habla de tres casos, segn sean los valores de las constantes de ionizacin del cido y la base. a.- Sales de bases dbiles y cidos dbiles para las cuales: Kb = Ka El pH es aproximadamente 7. b.- Sales de bases dbiles y cidos dbiles par las cuales: Kb > Ka El pH es ligeramente mayor a 7. c.- Sales de bases dbiles y cidos dbiles para las cuales: Kb < Ka El pH es ligeramente menor a 7.
a) Kb = KaCH3COO NH4 NH4+ (ac) + CH3COO (ac)
NH4+ (ac) + H2O (l) NH3 (ac) + H3O+ (ac) Ka1 =K w /Kb1 CH3COO (ac) + H2O (l) CH3COOH (ac) + OH (ac) Kb2 =K w /Ka2 Ka2 = 1,8 x 10-5 Kb1 =1,8 x 10-5 Esta reaccin no provocar excesos ni de H3O+ , ni de OH. La solucin ser neutra (pH = 7).
b) Kb > KaNH4CN NH4+ (ac)+ CN (ac)
NH4+ (ac) + H2O (l) NH3 (ac) + H3O+ (ac) Ka1 =K w /Kb1
CN (ac) + H2O (l) HCN (ac) + OH (ac)Kb2 =K w /Ka2 Ka2 = 4 x 1010 Kb1 =1,8 x 10-5
Kb2 > Kb1
Esta reaccin provocar exceso de OH. La solucin ser bsica (pH > 7).
c) Kb < KaNH4F NH4+ (ac) + F (ac)
NH4+ (ac) + H2O (l) NH3 (ac) + H3O+ (ac) Ka1 =K w /Kb1 F (ac) + H2O (l) HF (ac) + OH (ac) Ka2 = 7,2 x 104 Kb1 = 1,8 x 10-5 Kb2 =K w /Ka2
Esta reaccin provocar exceso de H3O+ . La solucin ser cida (pH< 7).
BIBLIOGRAFA Chang R. Qumica. 6ta edicin. Ed Mc. Graw Hill. 1999. Umland J.B.; Bellama J.M. Qumica General . 3ra edicin. Ed. International Thomson. 2000. Atkins P.W, Jones L. Qumica . 3ra edicin. Ed Omega. 1999. Maham B,; Myers R. Qumica Universitaria. 4ta edicin. Ed Addison Wesley. 1990. Whitten K.W.; Davis R.E.; Peck M.L. Qumica General . 5ta edicin. Ed. Mc. Graw Hill. 1998.
