REACCIONES ÁCIDO-BASE

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1 REACCIONES ÁCIDO-BASE 1. Conceptos de ácido y base.. Fuerzas de ácidos y bases. 3. Concepto de ph. 4. Hidrólisis. 5. Disoluciones reguladoras. 6. Volumetrías ácido-base. 7. Indicadores. Química º bachillerato Reacciones ácido-base 1

2 0. CONOCIMIENTOS PREVIOS Los conocimientos previos que son necesarios dominar y ampliar son: Los iones. El enlace covalente e iónico. El equilibrio. La constante de equilibrio. Química º bachillerato Reacciones ácido-base

3 1. CONCEPTOS DE ÁCIDO Y BASE ÁCIDOS: BASES: Tienen sabor agrio. Son corrosivos para la piel. Enrojecen ciertos colorantes vegetales. Atacan a los metales desprendiendo H. Disuelven sustancias Pierden sus propiedades al reaccionar con bases. Tiene sabor amargo. Suaves al tacto pero corrosivos con la piel. Dan color azul a ciertos colorantes vegetales. Precipitan sustancias disueltas por ácidos. Disuelven grasas. Pierden sus propiedades al reaccionar con ácidos. Química º bachillerato Reacciones ácido-base 3

4 1. CONCEPTOS DE ÁCIDO Y BASE Según la teoría de Arrhenius: Ácido: sustancia que al disolverse en una disolución acuosa se disocia produciendo protones (H + ) y aniones (iones negativos). HA H A Base: sustancia que al disolverse en una disolución acuosa se disocia produciendo hidróxilos (HO - ) y cationes (iones positivos). HO La neutralización (reacción entre un ácido y una base) sería: Química º bachillerato Reacciones ácido-base 4 BOH B HO HO H HO H O

5 1. CONCEPTOS DE ÁCIDO Y BASE Según la teoría de Brönsted-Lowry: Ácido: sustancia que cede protones (a una base). Base: sustancia que acepta protones (a un ácido) La neutralización es una reacción de transferencia de protones (surge la idea del par ácido-base conjugado): HA B A HB En una disolución acuosa tengo: A B B A 1 1 HA H O A H O 3 B H O BH HO Química º bachillerato Reacciones ácido-base 5

6 1. CONCEPTOS DE ÁCIDO Y BASE Los ácidos pueden ser: Monoprótico (ceden un protón). Diprótico (ceden dos protones). Poliprótico (ceden n protones). Los iones que encontramos son: H 3 O + iones hidronio u oxonio. HO - iones hidróxido, oxidrilo o hidróxilo. Química º bachillerato Reacciones ácido-base 6

7 1. CONCEPTOS DE ÁCIDO Y BASE Según la teoría de Lewis: Ácido: sustancia capaz de aceptar y compartir un par de e- (aportados por una base). Base: sustancia capaz de ceder y compartir un par de e- (aceptados por un ácido). La reacción de neutralización consiste en la formación de un enlace covalente coordinado: H H O H O H Química º bachillerato Reacciones ácido-base 7

8 1. CONCEPTOS DE ÁCIDO Y BASE Una sustancia anfótera es una sustancia capaz de comportarse como ácido y como base en función de con quién reaccione. HO HO C CH O C O - + H O C CH O C OH + HO - O O HO O - C CH O C O - + H O C CH O C O - + H 3 O + O O HA H O A H O 3 B H O BH HO Química º bachillerato Reacciones ácido-base 8

9 1. CONCEPTOS DE ÁCIDO Y BASE Un anfolito es una sustancia capaz de experimentar simultáneamente dos disociaciones electrolíticas de signo contrario, actúa simultáneamente como un ácido y como una base. O C OH O C O - R HC NH R HC NH 3 + H O H O H O HO 3 Química º bachillerato Reacciones ácido-base 9

10 1. CONCEPTOS DE ÁCIDO Y BASE Química º bachillerato Reacciones ácido-base 10

11 EJERCICIO-EJEMPLO a) Aplicando la teoría de Brönsted-Lowry y la de Arrhenius, explique razonadamente, utilizando las ecuaciones químicas necesarias, si las siguientes especies químicas se comportan como ácidos o como bases: KOH, NH 3, CH 3 -COOH, CN, HCO 3. b) Señale en cada caso la base o el ácido conjugado. Química º bachillerato Reacciones ácido-base 11

12 RELACIÓN DE EJERCICIOS ÁCIDOS Y BASES Química º bachillerato Reacciones ácido-base 1

13 . FUERZAS DE ÁCIDOS Y BASES Para un ácido tengo: 3 Ke Ka 3 HA HA H O A H O Un ácido fuerte está completamente disociado en una disolución diluida ( Ka, α 1). HO A H O HA H A c c c Un ácido débil está parcialmente disociado en una disolución diluida ( Ka,α<1). Pueden ser fuertes o débiles. HA H A HO c - - c-x X X c(1-α) c α c α Química º bachillerato Reacciones ácido-base 13

14 . FUERZAS DE ÁCIDOS Y BASES Ácido fuerte Ácido débil [HA] [A ] [H + ] [HA] [HA] [A ] [H + ] Química º bachillerato Reacciones ácido-base 14

15 . FUERZAS DE ÁCIDOS Y BASES Para un base tengo: B H O BH HO e b BOH Una base fuerte está completamente disociado en una disolución diluida ( Kb, α 1). K K HO c c c HO B BOH B HO Una base débil está parcialmente disociado en una disolución diluida ( Kb, α<1). Pueden ser fuertes o débiles. BOH B HO HO c - - c-x X X c(1-α) c α c α Química º bachillerato Reacciones ácido-base 15

16 . FUERZAS DE ÁCIDOS Y BASES Cuanto más fuerte sea un ácido más débil será su base conjugada (y viceversa). H O H O H O HO K H O HO 14 3 w 3 10 HA H O A H O K A H O 3 3 a HA b A H O HA HO K Química º bachillerato Reacciones ácido-base 16 HA HO A K K K a b w

17 . FUERZAS DE ÁCIDOS Y BASES El grado de disociación (α) es el cociente entre los moles que se han disociado y los moles iniciales de soluto. Es el tanto por uno de los moles que reaccionan. Varía entre o (una reacción nula) y 1 (una reacción total), aunque a veces se da como un %. El grado de disociación puede variar en función del disolvente. Química º bachillerato Reacciones ácido-base 17

18 . FUERZAS DE ÁCIDOS Y BASES Un ácido fuerte es aquel que, en disolución acuosa, está totalmente disociado. Un ácido débil es aquel que, en disolución acuosa, está parcialmente disociado. Es análogo para las bases. Cuando hablamos de un ácido fuerte donde su base conjugada es débil se refiere aun ácido fuerte entre los débiles (ya que uno fuerte de verdad no da la reacción inversa de su base). Es análogo para las bases. Química º bachillerato Reacciones ácido-base 18

19 . FUERZAS DE ÁCIDOS Y BASES ÁCIDOS FUERTES BASES FUERTES HCl HBr HI HNO 3 Hidróxidos del grupo 1 LiOH NaOH KOH RbOH CsOH Hidróxidos del grupo (excepto Be) H SO 4 Mg(OH) Ca(OH) Sr(OH) Ba(OH) HClO 4 Química º bachillerato Reacciones ácido-base 19

20 EJERCICIO-EJEMPLO Calcula la concentración de protones y de iones hidroxilos de las siguientes disoluciones: a) 50 ml de HCl 0,1 M b) 50 ml de HClO 0,1 M si su K a = 3, 10 8 Química º bachillerato Reacciones ácido-base 0

21 RELACIÓN DE EJERCICIOS FUERZAS DE ÁCIDOS Y BASES Química º bachillerato Reacciones ácido-base 1

22 3.CONCEPTO DE ph El ph es una forma de medir la concentración de protones de forma sencilla: log H3O log HO La disolución puede ser: Básica: [H 3 O + ] < [HO - ] ph > 7 poh < 7 Neutra: [H 3 O + ] = [HO - ] ph = 7 poh = 7 Ácida: [H 3 O + ] > [HO - ] ph < 7 poh > 7 ph poh ph poh 14. Química º bachillerato Reacciones ácido-base

23 3.CONCEPTO DE ph Las concentraciones de protones y de iones hidróxilos son inversas. En realidad nos referimos al tipo de iones que predominan en la disolución (siempre hay de los dos presentes), cuanto de más hay de uno respecto del otro. Al igual que el ph también tengo: pk=-log(k) Las disoluciones básicas también se denominan alcalinas. Química º bachillerato Reacciones ácido-base 3

24 3.CONCEPTO DE ph Química º bachillerato Reacciones ácido-base 4

25 EJERCICIO-EJEMPLO En un laboratorio se dispone de cinco matraces que contiene cada uno de ellos disoluciones de las que se tiene la siguiente información: a) ph = 7 b) [H 3 O + ] = 10 3 c) poh = d) [OH ] = 10 6 e) ph = 1. Ordena dichos matraces de mayor a menor acidez. Realizar una tabla indicando el ph, el poh y las concentraciones de protones y de iones hidroxilos de cada apartado. Química º bachillerato Reacciones ácido-base 5

26 EJERCICIO-EJEMPLO Se sabe que 100 ml de una disolución de ácido oxoclorico (I) (hipocloroso) que contiene 1,05 gramos, tiene un ph de 4,1. Calcula: a) La constante de disociación del ácido. b) El grado de disociación. Masas atómicas: Cl: 35,5; O: 16; H: 1. Química º bachillerato Reacciones ácido-base 6

27 EJERCICIO-EJEMPLO A 5ºC una disolución 0,1 M de amoniaco tiene un ph de 11,1. Determina la constante de basicidad del amoniaco y la de acidez del ion amonio. Química º bachillerato Reacciones ácido-base 7

28 RELACIÓN DE EJERCICIOS ph Química º bachillerato Reacciones ácido-base 8

29 4. HIDRÓLISIS Toda sal procede de una combinación de ácido con una base: HA BOH AB HO La hidrólisis es el proceso por el cual iones de una sal reaccionan con las moléculas de agua para regenerar el ácido o la base con la que están emparentados: A H O HA HO AB A B HO B H O BOH H Química º bachillerato Reacciones ácido-base 9

30 4. HIDRÓLISIS En la hidrólisis puedo encontrar diversos casos según la naturaleza de la sal: Sal procedente de un ácido fuerte y de una base fuerte: La disolución es neutra. Sal procedente de un ácido fuerte y de una base débil: La disolución es ácida. Sal procedente de un ácido débil y de una base fuerte: La disolución es básica. Sal procedente de un ácido débil y de una base débil: La disolución depende del valor de las constantes. Química º bachillerato Reacciones ácido-base 30

31 4. HIDRÓLISIS Sal procedente de un ácido fuerte y de una base fuerte: la disolución es neutra. A H O HA HO AB A B HO B H O BOH H Química º bachillerato Reacciones ácido-base 31

32 4. HIDRÓLISIS Sal procedente de un ácido fuerte y de una base débil: la disolución es ácida. A H O HA HO AB A B HO B H O BOH H K H H O B BOH 3 K a Química º bachillerato Reacciones ácido-base 3

33 4. HIDRÓLISIS Sal procedente de un ácido débil y de una base fuerte: la disolución es básica. A H O HA HO AB A B HO B H O BOH H K H HO A AH K b Química º bachillerato Reacciones ácido-base 33

34 4. HIDRÓLISIS Sal procedente de un ácido débil y de una base débil: la disolución depende del valor de las constantes. A H O HA HO AB A B HO B H O BOH H Química º bachillerato Reacciones ácido-base 34

35 Sales procedentes de un ácido fuerte y una base fuerte 4. HIDRÓLISIS Sales procedentes de un ácido fuerte y una base débil - Como por ejemplo: NaNO 3 o CaCl. - Ni el anión ni el catión experimentan hidrólisis. - Sus disoluciones son neutras (ph=7). Sales procedentes de un ácido débil y una base fuerte - Como por ejemplo: Na CO 3 o KCN. - Sólo se hidroliza el anión, dando iones OH -. - Sus disoluciones son básicas (ph>7). - Como por ejemplo: NH 4 NO 3 o FeCl 3. - Sólo se hidroliza el catión, dando iones H3O +. - Sus disoluciones son ácidas (ph>7). Sales procedentes de un ácido débil y una base débil - Como por ejemplo: NH 4 CN o CaCl. - Se hidrolizan tanto el anión como el catión. - La disolución es ácida o básica según qué ion se hidrolice en mayor grado. Química º bachillerato Reacciones ácido-base 35

36 EJERCICIO-EJEMPLO Cómo será el ph de una disolución de 150 ml de NaClO 0,1 M. Cuánto valdrá? K a (HClO) = 3, 10 8 Calcula el ph de una disolución 0,7 M de KCN sabiendo que K a de HCN es de 7, Química º bachillerato Reacciones ácido-base 36

37 RELACIÓN DE EJERCICIOS HIDRÓLISIS Química º bachillerato Reacciones ácido-base 37

38 5. DISOLUCIONES REGULADORAS Una disolución reguladora, amortiguadora, buffer o tampón son soluciones resistentes a la variación de ph, varían muy poco su ph cuando se les añade una pequeña cantidad de un ácido o una base. Según de lo que partimos hay dos tipos: Partimos de un ácido débil y sal (proporciona su base conjugada y procede de una base fuerte): ph Partimos de una base débil y sal (proporciona su ácido conjugado y procede de un ácido fuerte): poh Química º bachillerato Reacciones ácido-base 38 0 sal pka log acido 0 sal 0 base 0 pkb log

39 5. DISOLUCIONES REGULADORAS Ed. Santillana Química º bachillerato Reacciones ácido-base 39

40 EJERCICIO-EJEMPLO Cuál será el ph de una disolución formada por 100 ml de acetato sódico 0,50 M, 5 ml de ácido acético del 1 % y densidad 1,06 g / ml, y cantidad suficiente de agua para completar 50 ml? Masas atómicas: Na: 3; C: 1; 0:16; H: 1; K a (CH 3 COOH) = 1, Química º bachillerato Reacciones ácido-base 40

41 RELACIÓN DE EJERCICIOS TAMPONES Química º bachillerato Reacciones ácido-base 41

42 6. VOLUMETRÍAS ÁCIDO-BASE Una volumetría o valoración es el proceso por el cual se determina la concentración de un ácido o de una base a través de la reacción de neutralización con otra disolución de concentración conocida (de una base o de un ácido respectivamente). En la reacción de valoración el número de equivalentes del ácido y de la base tienen que ser el mismo. Química º bachillerato Reacciones ácido-base 4

43 6. VOLUMETRÍAS ÁCIDO-BASE La normalidad de la disolución es una concentración que nos indica el número de equivalentes de soluto por litro de disolución. El equivalente es una medida de cantidad de sustancia que nos indica la reactividad de la sustancia. Su valencia depende del número de iones que utilice en la reacción específica (y no del número de iones totales que pueda llegar a utilizar). Química º bachillerato Reacciones ácido-base 43

44 6. VOLUMETRÍAS ÁCIDO-BASE El procedimiento consiste en: 1. Medir con exactitud el volumen de la disolución de concentración desconocida.. Añadir el indicador o phmetro. 3. Añadir, gota a gota, la disolución de concentración conocida hasta el viraje (punto final o punto de equivalencia) del indicador o phmetro. 4. Medir el volumen gastado de la disolución conocida. Química º bachillerato Reacciones ácido-base 44

45 6. VOLUMETRÍAS ÁCIDO-BASE ph Zona de viraje fenolftaleína V NaOH(ml) Química º bachillerato Reacciones ácido-base 45

46 6. VOLUMETRÍAS ÁCIDO-BASE Los cálculos estequiométricos que hay que realizar son: m H A n B OH A B mn H O n m m n V N V N eq eq A A B B A B Química º bachillerato Reacciones ácido-base 46

47 6. VOLUMETRÍAS ÁCIDO-BASE Las valoraciones ácido-base se basan en un cambio brusco de ph que tiene lugar en las inmediaciones del punto de equivalencia. El ph del punto de equivalencia depende de las especies presentes. El ph en el punto de equivalencia no es necesariamente 7 Química º bachillerato Reacciones ácido-base 47

48 6. VOLUMETRÍAS ÁCIDO-BASE Química º bachillerato Reacciones ácido-base 48

49 6. VOLUMETRÍAS ÁCIDO-BASE Química º bachillerato Reacciones ácido-base 49

50 EJERCICIO-EJEMPLO Determinar la concentración de una disolución de 15 ml de ácido clorhídrico valorada usando rojo de metilo con una disolución 0.01 M de amoniaco donde se han gastado 7 ml. Masas atómicas: H:1; O:16; N:14: Cl:35.5. Química º bachillerato Reacciones ácido-base 50

51 EJERCICIO-EJEMPLO 50 ml de ácido nítrico concentrado del 3 % y densidad 1,19 g / ml, se colocan en un matraz aforado de 1 litro y se añade agua destilada hasta enrasar. Cuántos ml de la disolución diluida de ácido nítrico serán necesarios para neutralizar 50 ml de una disolución de NaOH cuyo ph es 13,93? Masas atómicas: H: 1; O: 16; N: 14. Química º bachillerato Reacciones ácido-base 51

52 7. INDICADORES Un indicador es un ácido o una base débil que se caracteriza por tener distinto color en torno a ph=pk in por lo que debe escogerse el indicador cuyo punto final esté próximo al punto de equivalencia de la valoración. El indicador apropiado para una valoración será aquel que cambie de color en el intervalo de ph donde está el punto de equivalencia. El phmetro es un instrumento capaz de medir el ph y sus cambios. Química º bachillerato Reacciones ácido-base 5

53 7. INDICADORES HIn (aq) + H O (l) Forma ácida (color 1) In - (aq) + H 3 O + (aq) Forma básica (color ) La constante de acidez del indicador es: K In = [In- ] [H 3 O + ] [HIn] [HIn] [In - = ] [H 3 O + ] K In Con esta expresión se puede interpretar el color que presentará el indicador según el ph de la disolución. Así se tiene que cuando la concentración de H 3 O + : Sea mayor que K In ph << pk In [HIn] >> [In - ] Color de la forma ácida Sea menor que K In ph >> pk In [HIn] << [In - ] Color de la forma básica Sea igual que K In ph = pk In [HIn] = [In - ] Color intermedio Química º bachillerato Reacciones ácido-base 53

54 7. INDICADORES La zona de viraje de un indicador es: ph = pk ± 1 EJEMPLOS DE INDICADORES ÁCIDO-BASE Nombre del indicador Color forma ácida Color forma básica Rango ph de cambio color pk in Azul de timol Rojo Amarillo 1,-,8 1,7 Naranja de metilo Rojo Amarillo 3,-4, 3,4 Rojo de metilo Rojo Amarillo 4,8-6,0 5,0 Tornasol Rojo Azul 5,0-8,0 6,5 Azul de bromotimol Amarillo Azul 6,0-7,6 7,1 Azul de timol Amarillo Azul 8,0-9,6 8,9 Fenolftaleína Incoloro Rosa 8,-10,0 9,4 Alizarina Rojo Púrpura 11,0-1,4 11,7 Química º bachillerato Reacciones ácido-base 54

55 RELACIÓN DE EJERCICIOS VOLUMETRÍAS Química º bachillerato Reacciones ácido-base 55