Ácidos y bases. Definiciones ácido-base

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1 Ácidos y bases Definiciones ácido-base

2 Definición de Arrhenihus Sevate August Arrhenius

3 Ácido Aquella sustancia, que en solución acuosa, libera iones Hidrógeno (H 3 O + (ac)) Base HCl (ac) + H 2 O (l) H 3 O + (ac) + Cl (ac) Una sustancia, que en solución acuosa, libera iones hidróxidos (OH - (ac)) NaOH (ac) Na + (ac) + OH (ac)

4 Mas ejemplos HClO 4 + H 2 O H 3 O + + ClO 4 Fe H 2 O H 2 O H 3 O + + Fe H 2 O 5 (OH) 2+ KOH (ac) K + (ac) + OH (ac) NH 3 (ac) + H 2O (l) NH 4 +(ac) + OH (ac)

5 Definición de Brøsted-Lowry

6 Ácido Una sustancia capaz de donar protones (H + ) Base Una sustancia que es capaz de aceptar protones (H + ) Es mejor decir que: dos sustancias químicas compiten por el protón, en este caso la base lo ganaría

7 NH S 2 NH 3 + HS Ácido Base Base Ácido

8 HF + H 2 O H 3 O + + F NH 3 + H 2 O NH OH

9 La esencia de la definición es la reacción ácido base propia del disolvente: 2H 2 O (l) H 3 O + (ac) + OH (ac) Cualquier disolvente protónico NH NH 2 2NH 3 H 3 SO HSO 4 2H 2 SO 4

10 Equilibrios en medio acuoso H 2 O + H 2 O H 3 O + + OH Producto de autoprotólisis o autoionización K w = H 3 O + OH K w = f T Kw T ( C) 1x x x x (sangre)

11 Par ácido-base conjugado: Dos especies cuya formula difiere en un ion hidrógeno H 3 O + / H 2 O H 2 O / OH - NH 4 + / NH 3 HF / F - HClO 4 / ClO 4 -

12 Comportamiento anfiprótico (anfolitos) Cuando una misma especie esta presente en dos pares ácido-base conjugados, en un par tiene la función de base y en el otro par la función de ácido H 3 O + /H 2 O H 2 O /OH H 3 PO 4 /H 2 PO 4 H 2 PO 4 /HPO 4 2 HPO 4 2 /PO 4 3

13 Existencia del Ion Hidronio H 3 O + Cristales de: HClO 4.H 2 O NH 4 +.ClO 4 - OH 3 +.ClO 4 - Estructura real del ion hidronio H 9 O 4 +

14 Equilibrios ácido base HA (ac) + H 2 O (l) H 3 O + (ac) + A (ac) K a = H 3O + HA A pk a = logk a A (ac) + H 2 O (l) OH (ac) + HA (ac) HA K b = OH pk A b = logk b

15 K a K b = K w pk a + pk b = 14* Ácido Ka (25 C) pka Ácido perclórico Ácido clorhídrico Ácido fluorhídrico 3.5x Ion amonio 5.5x Base Kb (25 C) pkb Ion fosfato 4.7x Amoniaco 1.8x Hidrazina 8.5x

16 Ácidos de Brøsted-Lowry Ácidos Binarios: Energía de enlace y pka Ácido pka Energía de enlace (KJ/mol) HF (ac) HCl (ac) HBr (ac) HI (ac)

17 Oxoaniones Número de oxígenos HNO 3 HNO 2 Estado de Oxidación HClO HClO 2 HClO 3 HClO 4 Electronegatividad del átomo central HClO 4 HBrO 4 HIO 4

18 Acidez de cationes metálicos Las soluciones de los iones de metales son muy ácidas; los ejemplos más comunes son los iones de aluminio y hierro (III). Ambos cationes son muy pequeños y cargados, y existen en solución acuosa como hexahridratados: Fe(OH 2 ) 6 3+(ac) + H 2O (l) Fe(OH 2 ) 5 (OH) 2+ (ac) + H 3O + (ac) pka = 3.3

19 Tendencias en el comportamiento ácido-base

20 Reactividad ácido base

21 Medio no acuoso NH 3 (l) +NH 3(l) NH 4 + (NH 3 ) + NH 2 (NH 3 ) NH 4 Cl NH3 + NaNH 2 NH 3 NaCl (s) + 2NH 3 (l)

22 Definición de Lux-Flood Ácido Aquella sustancia capaz de aceptar un anión oxido (O 2- ) Base Una sustancia donadora de iones oxido (O 2- ) CaO + SiO 2 CaSO 3 Base Ácido

23 Sólo es valida par el caso de óxidos fundidos Oxido Básico Ca 2+ + O 2 + H 2 O Ca OH Oxido Ácido SiO 2 + H 2 O H 2 SiO 3

24 Parámetro de acidez Sustancia a Sustancia a H 2 O 0.0 Al 2 O Li 2 O -9.2 Ag 2 O -5.0 WO HgO -3.5 Fe 2 O Cu 2 O -1.0 FeO -3.4 CuO -2.5 I 2 O TiO Cl 2 O BeO -2.2 SO MgO -4.5 SO CaO -7.5 CO SiO 2 0.9

25 Parámetro de acidez y espontaneidad CaO + SiO 2 CaSiO 3 r H = (a B a A ) 2 r H = r H = 70.56KJ/mol

26 Explicación de la existencia de algunos óxidos Fe 2 O 3 (s) + 3CO 2(g) Fe 2(CO 3 ) 3 (s) ΔH f = a b a a 2 ΔH f = ΔH f = 52KJ/mol

27 Sistema del disolvente Autoionización de algunos disolventes: 2H 2 O H 3 O + + OH 2NH 3 NH 4 + +NH 2 2H 2 SO 4 H 3 SO HSO 4 2OPCl 3 OPCl OPCl 4

28 Ácido Una especie que aumenta la concentración del catión característica del disolvente Base Especie que incrementa la concentración del anión característico

29 Productos iónicos Producto iónico del agua K W = H 3 O + OH Extrapolando a cualquier disolvente: K AB = A + B Disolvente Producto Iónico Rango de ph Neutro H 2 SO CH 3 COOH H 2 O C 2 H 5 OH NH Disolvente

30 Efecto nivelador H 2 O + HClO 4 H 3 O + + ClO 4 Todos los ácidos y bases mas fuertes que el catión o anión característico del disolventes serán nivelados con respecto a este ultimo

31 H 2 O + CH 3 COOH H 3 O + + CH 3 COO Todos las bases o ácidos mas débiles que las del sistema del disolvente, permanecerán en equilibrio con aquellos

32 De forma similar Y NH 3 + HClO 4 NH ClO 4 NH 3 + CH 3 COOH NH CH 3 COO Pero NH 3 + NH 2 CONH 2 NH NH 2 CONH

33 Criticas a la definición del sistema del disolvente Le da preferencia a las propiedades químicas, del disolvente, sobre las propiedades físicas 2OPCl 3 OPCl OPCl 4 (CH 3 ) 4 N + Cl + FeCl 3 (CH 3 ) 4 N + FeCl 4

34 Visión de Gutmann (CH 3 ) 4 N + Cl OPCl 3 (CH 3 ) 4 N + + Cl FeCl 3 + OPCl 3 OPCl FeCl 4 OPCl Cl OPCl 3 (CH 3 ) 4 N + Cl + FeCl 3 OPCl3 (CH 3 ) 4 N + FeCl 4 (CH 3 ) 4 N + Cl + FeCl 3 OP(OEt)3 (CH 3 ) 4 N + FeCl 4

35 Existencia del Ion tionilo (SO + ) 2SO 2 SO 2+ + SO 3 Reacción de tiosulfito y cloruro de tionilo Cs 2 SO 3 + SOCl 2 2CsCl + 2SO 2 Comportamiento anfotérico del ion Aluminio Al(OH) + 2 Al(OH) 3 Al(OH) - 4 Al(SO 3 ) + Al(SO 3 ) 3 Al(SO3) - 4

36 Intercambio isotópico En dióxido de azufre marcado con 35 S 2S O 2 S O 2+ + S O 3 2 Se coloca una cantidad de cloruro o bromuro de tionilo SOCl 2 SO Cl S O Cl S OCl 2 S O SO 2+ S O 2 + SO 2 Tiempo medio de intercambio: 2 años

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