Reacciones cido-base

Reacciones qumicasTema 5EquilibrioCundo se alcanza?Cmo modificarlo?Tema 11CinticaCmo de rpido va?Cmo acelerarla?

CONTENIDO1.- Definiciones de cidos y bases.2.- La autoionizacin del agua. Escala de pH.3.- Fuerza de cidos y bases. Constantes de ionizacin.4.- Tratamiento exacto de los equilibrios de ionizacin.5.- Hidrlisis.6.- Disoluciones amortiguadoras.7.- Indicadores.8.- Valoraciones cido-base.

DEFINICIONES DE CIDOS Y BASES.11.1.- Arrhenius (1883)cido: Sustancia que, en disolucin acuosa, da H+HCl H+ (aq) + Cl- (aq)

Base: Sustancia que, en disolucin acuosa, da OH-NaOH Na+ (aq) + OH- (aq)

Svante Arrhenius (1859-1927)[http://www.nobel.se/chemistry/laureates/1903/index.html]

1.2.- Brnsted-Lowry (1923)cido: Especie que tiene tendencia a ceder un H+Base: Especie que tiene tendencia a aceptar un H+NH3 (aq) + H2O (l) NH4+ (aq) + OH- (aq)

Thomas Martin Lowry (1874-1936)Johannes Nicolaus Brnsted (1879-1947)

1.3.- Lewis (1923)cido: Especie que puede aceptar pares de electronesBase: Especie que puede ceder pares de electronesPara que una sustancia acepte un H+ debe poseer un par de electrones no compartidos.

LA AUTOIONIZACIN DEL AGUA. ESCALA DE pH.2pH = - log [H3O+]pOH = - log [OH-]

Agua pura: [H3O+] = [OH-] ; [H3O+] = 10-7 pH = 7 [OH-] = 10-7 pOH = 7

FUERZA DE CIDOS Y BASES. CONSTANTES DE IONIZACIN.3Fuerza de un cido o base: mayor o menor tendencia a transferir o aceptar un protn.

En el caso de un par cido-base conjugado, Ka y Kb estn relacionadasKw = Ka Kb

TRATAMIENTO EXACTO DE LOS EQUILIBRIOS DE IONIZACIN.4Cmo podemos calcular las concentraciones de todas las especies presentes en una disolucin en la que se establecen diversos equilibrios de ionizacin?

1. Expresiones de las constantes de equilibrio2. Balance de materia:[HA]o + [A-]o = [HA] + [A-]3. Balance de cargas (condicin de electroneutralidad)[H3O+] = [A-] + [OH-]4. Resolver el sistema: 4 ecuaciones con 4 incgnitas

HIDRLISIS.5Cmo determinarlo de forma cualitativa?Disociar la sal en sus ionesIdentificar su procedenciaDeterminar cules se pueden hidrolizarPlantear y analizar el equilibrio de hidrlisis

5.1. Sales procedentes de cido fuerte y base fuerte [p.ej.: NaCl, KCl, NaNO3]

5.2. Sales procedentes de cido fuerte y base dbil[p.ej.: NH4Cl]Disolucin cida

5.3. Sales procedentes de cido dbil y base fuerte[p.ej.: CH3COONa]Disolucin bsica

5.4. Sales procedentes de cido dbil y base dbil[p.ej.: NH4CN]Si Kh (catin) > Kh (anin) Disolucin cidaSi Kh (catin) < Kh (anin) Disolucin bsicaSi Kh (catin) = Kh (anin) Disolucin neutra[Para el NH4CN: disolucin bsica]

DISOLUCIONES AMORTIGUADORAS.6Disoluciones amortiguadoras (o tampn): Disoluciones que mantienen un pH aproximadamente constante cuando se agregan pequeas cantidades de cido o base o cuando se diluyen.Composicin

Cantidades sustanciales de un cido dbil y de su base conjugada (o una base dbil y su cido conjugado).(p.ej.: CH3COOH/CH3COONa)

Mecanismo de accin:Si al equilibrio le aado, p.ej., un cido, se desplazar a la izquierda, disminuir el cociente [A-]/[HA] y el pH bajar.

Pero si la cantidad aadida es pequea comparada con las cantidades (grandes) que hay de A- y HA, el cociente cambiar muy poco y el pH apenas se modificar.P.ej.: * si aado 0.001 moles de HCl a un 1 L de agua, el pH pasa de 7 a 3.* si aado 0.001 moles de HCl a un 1 L de disolucin que contiene 0.7 moles de actico y 0.6 moles de acetato sdico, el pH pasa de 4.688 a 4.686.

Cmo calcular el pH de una disolucin tampn?Con el tratamiento exacto visto en el apartado 4.Cmo estimar aproximadamente el pH de una disolucin tampn?Dado que las concentraciones iniciales de cido y de su base conjugada son grandes, se puede suponer que las cantidades que desaparecern y que aparecern mientras se va alcanzando el equilibrio sern pequeas, comparadas con las iniciales.

Por tanto, en la frmula anterior las concentraciones en el equilibrio se pueden aproximar por las concentraciones iniciales.ExactaAproximada

Caractersticas importantes de una disolucin amortiguadora:

* Su pH depende de Ka y de las concentraciones* Su capacidad amortiguadoraCapacidad amortiguadora: Cantidad de cido o base que se puede agregar a un tampn antes de que el pH comience a cambiar de modo apreciable.

De qu depende?

* Del nmero de moles de cido y base(deben ser altos para que la capacidad tambin lo sea)* Del cociente [base]/[cido].(para que la capacidad sea alta, ha de ser prximo a 1. Si es < 0.1 > 10, no ser muy eficiente.Mayor eficiencia: cuando pH = pKa)

INDICADORES.7Indicadores: cidos o bases dbiles cuyas formas cido/base conjugadas presentan colores diferentes. Cuando a una disolucin le aadimos un indicador, estarn presentes las dos especies HInd e Ind-.

Qu color ver? Si [HInd]/[Ind-] 10 Color A (predomina forma cida) Si [HInd]/[Ind-] 0.1 Color B (predomina forma bsica) Si 0.1< [HInd]/[Ind-]< 10 Color mezcla de A y BEl cociente depende de la Ka y del pH: Si [HInd]/[Ind-] 10 [H3O+] 10 KInd pH pKInd 1 Color A (predomina forma cida) Si [HInd]/[Ind-] 0.1 [H3O+] 0.1 KInd pH pKInd +1 Color B (predomina forma bsica) Si 0.1< [HInd]/[Ind-]< 10 pKInd 1 < pH < pKInd +1 Mezcla A y BIntervalo de viraje (2 unidades de pH)

Intervalos de viraje de indicadores

VALORACIONES CIDO-BASE.8Cmo podemos determinar la concentracin de un cido o de una base en una disolucin?Mtodo ms empleado: valoracin cido-base

Una disolucin que contiene una concentracin conocida de base (o cido) se hace reaccionar con una disolucin de cido (o de base) de concentracin desconocida.

Medimos el volumen de la disolucin de base (o cido) necesario para que consuma (neutralice) todo el cido (o base).

Cuando se logra la neutralizacin completa: Punto de equivalencia

Cmo s cundo he llegado al punto de equivalencia?Curva de valoracin: Representacin del pH en funcin del volumen aadido.

Cul es el pH del punto de equivalencia? Si valoro cido fuerte con base fuerte (o al revs) pH = 7 Si valoro cido dbil con base fuerte pH > 7 Si valoro base dbil con cido fuerte pH < 7Cmo calcular el pH de ese punto o de cualquier punto de la curva?Con el tratamiento exacto visto en el apartado 4.Cmo s que he llegado al punto de equivalencia sin necesidad de representar la curva de valoracin entera?Mediante un indicador apropiado Apropiado: que cambie de color justo cuando la reaccin llega al punto de equivalencia.

Clave: que el intervalo de viraje del indicador coincida con el salto de pH que se produce cuando alcanzamos el pto. equivalencia.p.ej.: valoracin de un cido fuerte con una base fuerte

Curva de valoracin de una base fuerte con un cido fuerte:

Curva de valoracin de un cido dbil con una base fuerte:

Curva de valoracin de un cido diprtico con una base fuerte: