ÁCIDOS Y BASES GENERALIDADES DE LAS SALES CONCEPTOS DE ÁCIDOS CONCEPTOS DE BASES. EL ph DE UNA SOLUCIÓN. LA ESCALA DE ph EL PROCESO DE NEUTRALIZACIÓN

Transcripción

1 GENERALIDADES DE LAS SALES CONCEPTOS DE ÁCIDOS CONCEPTOS DE BASES EL ph DE UNA SOLUCIÓN LA ESCALA DE ph EL PROCESO DE NEUTRALIZACIÓN

2 LAS SALES Generalidades Las sales se reconocen por estar formadas generalmente por un metal y un no metal. Las sales son sustancias iónicas formadas generalmente por las reacciones entre un ácido y una base o un metal y un ácido. Cuando una solución que contiene una sal es evaporada se forman cristales

3 LAS SALES Generalidades Las soluciones que contienen sales conducen electricidad debido a su disociación en iones. Muchas sales están presentes en el mar y son necesarios para el normal funcionamiento de organismos animales y vegetales. Algunas sales son incoloras como las formadas por los iones Na + y K +, o coloreadas como las formadas por los iones Cu 2+, Co 2+, Fe 2+ ó Fe 3+

4 Conceptos de ácidos y bases El concepto de ácido incluye todas las sustancias que, disueltas en agua, presentan sabor agrio (el sabor agrio del jugo de limón se debe a la presencia del ácido cítrico), disuelven metales como el zinc y neutralizan las bases. El concepto de base incluye todas las sustancias que, disueltas en agua, presentan sabor amargo, tienen una sensación resbaladiza al tacto (la sensación resbaladiza de algunos jabones) pueden disolver grasas y aceites y neutralizan los ácidos.

5 En el año de 1887, el químico suizo Svante Arrhenius, propuso que: los ácidos son sustancias que formaban iones hidrógeno (H + ) en disoluciones acuosas. Ejemplos: HCl, H 2 SO 4 ÁCIDOS Y BASES Conceptos de ácidos y bases según Arrhenius Y las bases son sustancias que forman iones hidróxidos (OH - ) en disoluciones acuosas, por lo cual, algunas bases se reconocen también con el nombre de hidróxidos. Ejemplos: NaOH, Mg(OH) 2 Se limita sólo al comportamientos de estos en el agua (disoluciones acuosas).

6 Conceptos de ácidos y bases según Bronsted-Lowry Dos químicos: Johannes Niclaus Bronsted y Thomas M. Lowry construyeron otro concepto: Definen los ácidos como sustancias que exhiben una tendencia a donar un protón (H + ), liberador de protones. Ejemplos: H 2 CO 3, H 3 PO 4 Y las bases como sustancias que exhiben una tendencia a aceptar un protón (H + ), receptor de protones. Ejemplos: KOH, Al(OH) 3 Explica el comportamiento de los ácidos y las bases en la ausencia de agua.

7 Conceptos de ácidos y bases según Lewis El químico Gilbert N. Lewis propone un concepto diferente para dar explicación del comportamiento de algunas sustancias: Define los ácidos como sustancias capaces de aceptar un par electrónico. Ejemplos: CO 2, SO 3, BF 3 Y las bases como sustancias capaces de donar un par electrónico. Ejemplos: NH 3

8 Conceptos de ácidos y bases Los ácidos fuertes se ionizan completamente en el agua, son compuestos muy corrosivos y producen quemaduras serias al contacto con la piel, debe evitarse su contacto. Las bases fuertes se ionizan completamente en el agua, son compuestos muy corrosivos y producen quemaduras serias al contacto con la piel, debe evitarse su contacto.

9 Conceptos de ácidos y bases Los ácidos fuertes (electrolitos fuertes) más comunes incluyen a seis monopróticos y uno diprótico, estos son: HCl HBr HI HNO 3 HClO 3 HClO 4 H 2 SO 4 ácido clorhídrico ácido bromhídrico ácido yodhídrico ácido nítrico ácido clórico ácido perclórico ácido sulfúrico

10 Conceptos de ácidos y bases Las bases fuertes (electrolitos fuertes) más comunes son: NaOH KOH hidróxido de sodio hidróxido de potasio

11 Ejercicios de QUIZ 1 ácidos y bases conjugadas Identificar los ácidos, bases, ácidos conjugados y bases conjugados en las siguientes reacciones 1. H 2 CO 3 + H 2 O HCO 3 + H 3 O + 2. HCO 3 + H2 O CO H 3 O + 3. NH CH 3 COO CH 3 COOH + NH 3

12 Ejercicios de TAREA ácidos y bases conjugadas Identificar los ácidos, bases, ácidos conjugados y bases conjugados en las siguientes reacciones 4. H 2 SO 4 + H 2 O HSO 4 + H3 O + 5. HSO 4 + H2 O SO H 3 O + 6. SO H 3 O + HSO 4 + H 2 O

13 QUIZ 2 Identificar los ácidos, bases, ácidos conjugados y bases conjugados en las siguientes reacciones 1. HPO H 3 O + H 2 PO 4 + H 2 O 2. HSO 4 + CO3 2 SO HCO 3 3. HCO 3 + H2 O H 2 CO 3 + HO

14 La constante de equilibrio del agua. El ph Experimentalmente se ha demostrado que el agua es un electrolito muy débil. Conduce muy poco la corriente eléctrica, pero es posible hablar de su ionización, la cual se describe así: H 2 O (l) + H 2 O (l) H 3 O + (ac) + OH - (ac) Donde según la definición de Bronsted-Lowry una molécula de agua actúa como ácido cediendo un protón y la otra actúa como base aceptándolo. La ecuación de la ionización del agua también se puede escribir de forma abreviada así: H 2 O (l) H + (ac) + OH - (ac)

15 La constante de equilibrio del agua. El ph Para la ecuación : La constante de equilibrio es: H 2 O (l) H + (ac) + OH - (ac) [H + ] [OH - ] K = [H 2 O] Si se incorpora la concentración del agua pura al valor de K, se tiene K [H 2 O] = [H + ] [OH - ] El producto de K [H 2 O] se conoce como K w o producto iónico del agua, entonces K w = [H + ] [OH - ]

16 La constante de equilibrio del agua. El ph K w = [H + ] [OH - ] Los experimentos demuestran que a 25 ºC las concentraciones de H + y OH - son iguales y tienen un valor de 1.0 x 10-7 moles/l ó 1.0 x 10-7 moles.l -1 ó 1.0 x 10-7 moles.dm -3 [H + ] = [OH - ] = 1.0 x 10-7 moles/l Si K w = [H + ] [OH - ] Entonces K w = 1.0 x 10-7 moles/l x 1.0 x 10-7 moles/l = 1.0 x moles/l Por lo tanto K w = 1.0 x moles/l

17 La constante de equilibrio del agua. El ph La adición de un ácido al agua aumenta la concentración de H + y la adición de una base aumenta la concentración de OH -. En una solución acuosa se pueden presentar los siguientes casos: La solución es neutra, si [H + ] = [OH - ] La solución es ácida, si [H + ] > 10-7 y [OH - ] < 10-7 La solución es básica, si [H + ] < 10-7 y [OH - ] > 10-7 Recuerde que K w = [H + ] [OH - ] = 1.0 x 10-14

18 La constante de equilibrio del agua. El ph Sabiendo que K w = [H + ] [OH - ] = 1.0 x Para cada uno de los siguientes casos calcule [H + ] ó [OH - ] y diga si la solución es ácida, básica o neutra a. [H + ] = 1.0 x 10-2 b. [OH - ] = 1.0 x 10-3 c. [H + ] = 1.0 x 10-7

19 La constante de equilibrio del agua. El ph Sabiendo que K w = [H + ] [OH - ] = 1.0 x a. [H + ] = 1.0 x 10-2 RESPUESTA: [H + ] [OH - ] = 1.0 x x 10-2 [OH - ] = 1.0 x x [OH - ] = x 10-2 [OH - ] = 1.0 x Como [H + ] > [OH - ] ; 1.0 x 10-2 > 1.0 x la solución es ácida

20 La constante de equilibrio del agua. El ph Sabiendo que K w = [H + ] [OH - ] = 1.0 x b. [OH - ] = 1.0 x 10-3 RESPUESTA: [H + ] [OH - ] = 1.0 x [H + ] 1.0 x 10-3 = 1.0 x x [H + ] = x 10-3 [H + ] = 1.0 x Como [OH - ] > [H + ]; 1.0 x 10-3 > 1.0 x la solución es básica

21 La constante de equilibrio del agua. El ph Sabiendo que K w = [H + ] [OH - ] = 1.0 x c. [H + ] = 1.0 x 10-7 RESPUESTA: [H + ] [OH - ] = 1.0 x x 10-7 [OH - ] = 1.0 x x [OH - ] = x 10-7 [OH - ] = 1.0 x 10-7 Como [H + ] = [OH - ] ; 1.0 x 10-7 = 1.0 x 10-7 la solución es neutra

22 La constante de equilibrio del agua. El ph Ejercicios para la casa Sabiendo que K w = [H + ] [OH - ] = 1.0 x Para cada uno de los siguientes casos calcule [H + ] ó [OH - ] y diga si la solución es ácida, básica o neutra a. [H + ] = 3.5 x 10-1 b. [OH - ] = 2.0 x 10-3 c. [H + ] = 1.8 x d. [OH - ] = 1.0 x 10-7

23 El ph de una solución Para evitar hablar de [H + ] o de [OH - ] en términos de exponentes negativos, y para facilitar la descripción de la acidez o basicidad de una solución, en química se introduce el concepto de ph que significa poder o potencial de hidrógeno. Con base en él se constituyó la escala de ph. El ph de una solución se define como: 1 ph = log = log 1 - log [H + ] [H + ] Como el log 1 es cero, entonces ph = - log [H + ] El ph es el logaritmo negativo de la concentración de protones [H + ] en moles/l.

24 El ph de una solución El ph = - log [H + ] Y el poh se define como: poh = - log [OH - ] En el agua pura la concentración de protones [H + ] = 10-7 como Entonces ph = - log [H + ] ph = - log 10-7 = 7 7 es el ph neutro del agua pura, Si la solución es ácida ph < 7, si la solución es básica ph > 7

25 El ph de una solución Sabiendo que ph = - log [H + ] Para cada uno de los siguientes casos calcule el ph y diga si la solución es ácida o básica a. [H + ] = 1x10-5 b. [H + ] = 1x10-10 c. [H + ] = 1 d. [H + ] = 1x10-14

26 El ph de una solución Sabiendo que ph = - log [H + ] Para cada uno de los siguientes casos calcule el ph y diga si la solución es ácida o básica RESPUESTA: a. [H + ] = 10-5 ph = - log 10-5 = 5, la solución es ácida b. [H + ] = ph = - log =10, la solución es básica c. [H + ] = 1 ph = - log 1 = 0, la solución es ácida d. [H + ] = ph = - log =14, la solución es básica

27 El ph de una solución Ejercicios para la casa Sabiendo que ph = - log [H + ] Para cada uno de los siguientes casos calcule el ph y diga si la solución es ácida o básica a. [H + ] = 2.5 x 10-3 b. [H + ] = 1.0 x 10-9 c. [H + ] = 7 x d. [H + ] = 2.5 x 10-1

28 La escala de ph Sabiendo que K w = [H + ] [OH - ] = Al despejar usando los logaritmos se llega a ph + poh = 14 Para las siguientes concentraciones de protones e hidroxilos, calcule el ph, el poh y diga si la solución es ácida o básica a. [H + ] = 1.0 x 10-1 b. [H + ] = 1.0 x 10-3 c. [OH - ] = 1.0 x 10-7 d. [OH - ] = 1.0 x 10-12

29 La escala de ph Sabiendo que ph + poh = 14 Para las siguientes concentraciones de protones e hidroxilos, calcule el ph, el poh y diga si la solución es ácida o básica RESPUESTA: a. [H + ] = 1.0 x 10-1 ph = - log 10-1 = 1, la solución es ácida Si ph + poh = 14 Entonces 1 + poh = 14 poh = 14 1 De donde poh = 13

30 La escala de ph Sabiendo que ph + poh = 14 Para las siguientes concentraciones de protones e hidroxilos, calcule el ph, el poh y diga si la solución es ácida o básica RESPUESTA: b. [H + ] = 1.0 x 10-3 ph = - log 10-3 = 3, la solución es ácida Si ph + poh = 14 Entonces 3 + poh = 14 poh = 14 3 De donde poh = 11

31 La escala de ph Sabiendo que ph + poh = 14 Para las siguientes concentraciones de protones e hidroxilos, calcule el ph, el poh y diga si la solución es ácida o básica RESPUESTA: c. [OH - ] = 1.0 x 10-7 poh = - log 10-7 = 7, la solución es neutra Si ph + poh = 14 Entonces ph + 7 = 14 ph = 14 7 De donde ph = 7

32 La escala de ph Sabiendo que ph + poh = 14 Para las siguientes concentraciones de protones e hidroxilos, calcule el ph, el poh y diga si la solución es ácida o básica RESPUESTA: d. [OH - ] = 1.0 x poh = - log = 12, la solución es ácida Si ph + poh = 14 Entonces ph + 12 = 14 ph = De donde ph = 2

33 La escala de ph

34 La escala de ph

35 La escala de ph Ejercicios para la casa Sabiendo que ph + poh = 14 Para las siguientes concentraciones de protones e hidroxilos, calcule el ph, el poh y diga si la solución es ácida o básica a. [H + ] = 2.2 x 10-4 b. [H + ] = c. [OH - ] = 1.0 x d. [OH - ] = 1.8 x 10-12

36 Recuerda que: [H + ] [OH - ] = 1,0 x ph = - log [H + ] [H + ] = anti log ph poh = - log [OH - ] [OH - ] = anti log poh ph + poh = 14

37 QUIZ 3 Indique los valores pertinentes para completar la siguiente tabla [H + ] ph [OH - ] poh Ácido o base 2,60 x ,97 3,50 x ,56

38 Ácidos débiles Los ácidos débiles se ionizan de forma incompleta en el agua, son compuestos corrosivos y producen quemaduras al contacto con la piel, debe evitarse su contacto. Son disoluciones reversibles por eso presentan Ka.

39 Ácidos débiles Ejercicio. Calcule para una solución 0,1M de ácido acético CH 3 COOH las concentraciones de protones e hidroxilos, el ph, el poh

40 Bases débiles Las bases débiles se ionizan de forma incompleta en el agua, son compuestos corrosivos y producen quemaduras al contacto con la piel, debe evitarse su contacto. Son disoluciones reversibles por eso presentan Kb.

41 Bases débiles Ejercicio. Calcule para una solución 0,1M de amoniaco NH 3 las concentraciones de protones e hidroxilos, el ph, el poh

42 Realizar los ejercicios y cálculos que se encuentran en el siguiente wiki.

43 La escala de ph

44 El proceso de neutralización En una neutralización, un ácido se adiciona a una base o una base se adiciona a un ácido lentamente. El resultado de estas reacciones es siempre la sal del ácido respectivo y el agua Ácido + base sal + agua Durante el proceso de neutralización, el ph de la solución va cambiando de ácido a básico (si se adiciona una base a un ácido), o de básico a ácido (si se adiciona un ácido a una base).

45 En el punto final de la neutralización, todos los protones [H + ] provenientes del ácido y todos los hidroxidos [OH - ] provenientes de la base han reaccionado para formar agua, en este momento se tiene la sal disuelta en agua. El proceso de neutralización Si la neutralización se da entre un ácido fuerte (HCl ó H 2 SO 4 ) y una base fuerte (NaOH ó KOH) en el punto final de la neutralización, el ph corresponde al del agua pura, esto es, ph = 7.

46 Cuando un químico quiere conocer la concentración de un soluto dado en una disolución, utiliza la titulación. La titulación puede efectuarse usando reacciones ácido base. Se tiene una disolución de HCl de concentración desconocida y una disolución de NaOH de concentración conocida (1.0M). Se toma un volumen de NaOH y se adiciona a una bureta para saber cuanto volumen se adicionó al HCl para que este se neutralice (punto de equivalencia) El proceso de titulación

47 El proceso de titulación

48 El proceso de titulación Para poder saber cuando se ha llegado al punto de equivalencia, se debe utilizar un indicador ácido-base para este propósito (por ejemplo fenolftaleína). El cambio de color marca el punto final de la titulación. El volumen de NaOH que se adicionó al HCl se registra en la bureta. Se debe colocar inicialmente un volumen conocido de la solución de HCl a titular. Teniendo el volumen de NaOH empleado y la concentración, se sabe la cantidad de base que reaccionó, luego se utiliza la estequiometria para conocer la concentración de HCl.

49 El proceso de neutralización o gráfica de una titulación

50 Realizar los ejercicios y cálculos que se encuentran en el siguiente wiki.

51 Soluciones buffer o amortiguadoras o reguladores Esta constituida por un ácido débil y su sal o una base débil y su sal. La solución reguladora tiene la capacidad de resistir los cambios de ph cuando se agregan pequeñas cantidades de ácido o de base. Por ejemplo la sangre y el alka-seltzer. [sal] ph = pka + log [ácido]