Reacciones Ácido Base

Transcripción

1 Reacciones Ácido Base Prof. Sergio Casas-Cordero E. sacce

2 Contenido: (parte uno) 1. Definiciones 2. Equilibrio iónico del agua 3. Potencial de acidez; escala de ph 4. Fuerza de ácidos y bases 5. Medición y cálculo de ph Sergio Casas-Cordero E. 2

3 Electrolitos: Son sustancias que disueltas en agua se disocian en iones de carga opuesta; catión y anión. Sus soluciones son capaces de conducir la corriente eléctrica. Se clasifican en: electrolitos fuertes (EF) aquellos que se disocian totalmente (100 % o cercano) electrolitos débiles (ED) aquellos que se disocian parcialmente (10 % o menos) Sergio Casas-Cordero E. 3

4 Grado de disociación α Representa en porcentaje, a la concentración molar de iones que se logra obtener a partir de un electrolito débil, suponiendo que su concentración inicial (Ci) equivale al 100 % AB(ac) A(ac) + B(ac) Condición Inicial: Ci 0 0 (Ci x) x x Condición final: Ci 100 % x α α x 100% Ci Sergio Casas-Cordero E. 4

5 Teorías ácido base Arrhenius (1883) Bronsted y Lwory (1923) Lewis (1923) Gilbert Newton Lewis ( ) Svante August Arrhenius ( ) Johannes Nicolaus Brønsted ( ) Thomas Martin Lowry ( ) Sergio Casas-Cordero E. 5

6 Arrhenius Ácido: Sustancia que, en disolución acuosa, libera cationes Hidrógeno; H 1+ HCl(ac) H 1+ (ac) + Cl 1- (ac) Base: Sustancia que, en disolución acuosa, libera aniones Hidroxilo; OH 1- NaOH(ac) Na 1+ (ac) + OH 1- (ac) Sergio Casas-Cordero E. 6

7 Algunas Propiedades Químicas: Sabor agrio Ácido Solución acuosa es áspera al tacto Corroe muchos metales (Fe, Mg, Zn, etc.) liberando gas H 2 Vuelve incolora la Fenolftaleína Base Sabor amargo Solución acuosa es jabonosa al tacto Sólo corroe algunos metales (Al y Pb) liberando gas H 2 Vuelve rosada la Fenolftaleína Sergio Casas-Cordero E. 7

8 Sergio Casas-Cordero E. 8

9 Brønsted-Lowry * Ácido: Especie que tiene tendencia a ceder un catión H 1+ CH 3 -COOH(ac) + H 2 O(l) CH 3 -COO 1- (ac) + H 3 O 1+ (ac) Base: Especie que tiene tendencia a aceptar un catión H 1+ NH 3 (ac) + H 2 O(l) NH 4 1+ (ac) + OH 1- (ac) Sergio Casas-Cordero E. 9

10 Quién acepta y quién cede el catión H 1+? CH 3 -COOH(ac) + H 2 O(l) CH 3 -COO 1- (ac) + H 3 O 1+ (ac) NH 3 (ac) + H 2 O(l) NH 4 1+ (ac) + OH 1- (ac) Agua: sustancia anfótera Anfótero: Que puede actuar como ácido y como base En las reacciones ácido base siempre habrá una especie que cede y otra que acepta catión H 1+ Sergio Casas-Cordero E. 10

11 Par ácido-base conjugado: Cuando un ácido cede un catión H 1+, se transforma en una base (base conjugada). Cuando una base acepta un catión H 1+ se transforma en un ácido (ácido conjugado) Sergio Casas-Cordero E. 11

12 Cuál actúa como ácido? HCO 1-3 (ac) + H 2 O(l) H 2 CO 3 (ac) + OH 1- (ac) HS 1- (ac) + H 2 O(l) S 2- (ac) + H 3 O 1+ (ac) HNO 3 (ac) + H 2 O(l) NO 1-3 (ac) + H 3 O 1+ (ac) F 1- (ac) + H 2 O(l) HF(ac) + OH 1- (ac) Sergio Casas-Cordero E. 12

13 Lewis Ácido: Especie que puede aceptar pares de electrones Base: Especie que puede ceder pares de electrones Teoría muy útil en reacciones de transferencia de electrones; redox Sergio Casas-Cordero E. 13

14 Equilibrio iónico del agua Recordar que el agua es un anfótero H O(l) 2 H O(l) 2 H O 3 1 (ac) OH 1 (ac) 1 1 H O x OH 3 Keq Kw 2 H O 2 Recordar que en la Keq se omite el solvente Producto iónico del agua Kw 1 H O x 1 OH 3 A 25 ºC, Kw = 1,0x10-14 M 2 Sergio Casas-Cordero E. 14

15 Equilibrio iónico del agua La protonación del agua, forma el catión Hidronio; H 3 O 1+. Se acostumbra a simplificar la representación del H 3 O 1+ colocando solamente H 1+. H O(l) 2 H 1 (ac) OH 1 (ac) Kw 1x10 M 1 H x 1 OH Sergio Casas-Cordero E. 15

16 Potencial de acidez; escala de ph El ph se define como el grado de acidez que presenta una solución. Se determina mediante la expresión: ph = - log [H 3 O 1+ ] o mejor ph = - log [H 1+ ] Donde: p = Un operador matemático Log = logaritmo de base diez (10) [H 3 O 1+ ] = Concentración molar de catión H 1+ Sergio Casas-Cordero E. 16

17 En agua pura se tendrá: Condición de equilibrio: [H 1+ ] = x [OH 1- ] = x X H O(l) 2 1x x10 M Reemplazando en la Kw M 2 H 1 (ac) X X 1x10 Kw 1x10-7 M X 2 OH -14 M 2 1 (ac) 1 1 H x OH [H 1+ ] = [OH 1- ] = 1x10-7 M Sergio Casas-Cordero E. 17

18 Usando la calculadora: - Log ( 1 EXP 7 ) ph = - log (1x10-7 ) ph = 7,0 Agua pura o solución neutra Sergio Casas-Cordero E. 18

19 Soluciones ácidas o básicas: [H 1+ ] 1x10-7 M [OH 1- ] 1x10-7 M ph = - log [H 1+ ] poh = - log [OH 1- ] ph + poh = 14 Sergio Casas-Cordero E. 19

20 Agua pura: [H 1+ ] = [OH 1- ]; [H + ] = 10-7 M y ph = 7 y [OH - ] = 10-7 M y poh = 7 DISOLUCIÓN ÁCIDA [H 1+ ] > [OH - ] ph < 7 DISOLUCIÓN NEUTRA [H 1+ ] = [OH - ] ph = 7 DISOLUCIÓN BÁSICA [H 1+ ] < [OH - ] ph > 7 ácida 7 básica ph Sergio Casas-Cordero E. 20

21 Cuál es el ph de las siguientes soluciones? a) [H 1+ ] = 0,0235 M b) [H 1+ ] = 1,85x10-5 M c) [H 1+ ] = 4,7125x10-9 M d) [H 1+ ] = 0,15 M e) [H 1+ ] = 0,00014 M a) ph = 1,629 = 1,63 b) ph = 4,73 c) ph = 8,327 = 8,33 d) ph = 0,82 e) ph = 3,85 Cuáles son ácidas? y cuál es más ácida? Sergio Casas-Cordero E. 21

22 cómo calcular la [H 1+ ] si se conoce el ph? Se procede con el inverso de la función Logaritmo Si ph = - log [H 1+ ] Entonces; [H 1+ ] = 10 -ph Ejemplo: Cuál es la [H 1+ ] de una solución acuosa de un vinagre si su ph es 3,85? [H 1+ ] = 10-3,85 [H 1+ ] = 1,41x10-4 M Sergio Casas-Cordero E. 22

23 Medición del ph ph-metro Sergio Casas-Cordero E. 23

24 Fuerza de ácidos y bases Un ácido o base fuerte es un electrolito fuerte, de modo que se disocia totalmente y su concentración molar es equivalente a la concentración molar de cada ión en la solución. Ácido Fuerte (AF) [H 1+ ] = [A 1- ] = Ci HA(ac) H 1+ (ac) + A 1- (ac) ph = - log [H 1+ ] = - log Ci Sergio Casas-Cordero E. 24

25 Ejemplos de AF: Nombre Fórmula HCl HBr HNO 3 HClO 4 H 2 SO 4 Ácido clorhídrico ácido bromhídrico Ácido nítrico Ácido perclórico Ácido sulfúrico Sergio Casas-Cordero E. 25

26 Base Fuerte (BF) MOH(ac) M 1+ (ac) + OH 1- (ac) [M 1+ ] = [OH 1- ] = Ci La [H 1+ ] se obtiene de Kw Kw 1x H x OH H 1 Kw 1x10 1- OH Ci -14 ph = - log [H 1+ ] Sergio Casas-Cordero E. 26

27 Ejemplos de BF: Nombre Fórmula NaOH Hidróxido de Sodio KOH Hidróxido de potasio RbOH Hidróxido de rubidio CsOH Hidróxido de Cesio Ba(OH) 2 Hidróxido de Bario Sergio Casas-Cordero E. 27

28 Ácido Débil (AD) Es un electrolito débil que se disocia parcialmente. Logra un equilibrio controlado por la Constante de Equilibrio, Ka, conocida como Constante de acidez. HA(ac) H 1+ (ac) + A 1- (ac) Ka H 1 x A 1- HA A mayor valor de la Ka, mayor es la fuerza de un ácido Sergio Casas-Cordero E. 28

29 HA(ac) H 1+ (ac) + A 1- (ac) En el equilibrio, se tendrá: [HA] = Ci x [H 1+ ] = x [A 1- ] = x Ka Reemplazando en la Ka: 1 1- H x A HA Ka 2 X (Ci X) Se obtiene la ecuación de 2º grado: X 2 + KaX CiKa = 0 Sergio Casas-Cordero E. 29

30 Para conocer el ph de una solución de AD cuya concentración molar inicial sea Ci, se tendrá que resolver la ecuación de 2º grado, dado que el valor de X representa a la [H 1+ ] Sergio Casas-Cordero E. 30

31 Ejemplos de AD: Nombre Fórmula Ka HF Ácido fluorhídrico 6,7x10-4 HCN ácido cianhídrico 3,98x10-10 HNO 2 Ácido nítroso 5,01x10-4 HClO Ácido hipocloroso 3,2x10-6 CH 3 -COOH Ácido acético 1,78x10-5 Sergio Casas-Cordero E. 31

32 Medición y cálculo de ph Ácido fuerte [H 1+ ] = Ci Base fuerte [OH 1- ] = Ci Kw 1 H 1 Kw OH Ci ph = - log [H 1+ ] [H 1+ ] = 10 -ph poh = - log [OH 1- ] ph = 14 - poh Sergio Casas-Cordero E. 32

33 Medición y cálculo de ph Para ácidos débiles, es posible evitar el desarrollo de la ecuación de 2º grado, aplicando un criterio de aproximación. Si se cumple que: En la expresión: Ka 2 X (Ci X) Ka Ci 1000 Ka (Ci X) Ci 2 X Ci X KaCi Sergio Casas-Cordero E. 33

34 Base Débil (BD) Es un electrolito débil que se disocia parcialmente. Logra un equilibrio controlado por la Constante de Equilibrio, Kb, conocida como Constante de basicidad. B(ac) + H 2 O(l) BH 1+ (ac) + OH 1- (ac) Kb 1 1- BH x OH B A mayor valor de la Kb, mayor es la fuerza de una base Sergio Casas-Cordero E. 34

35 B(ac) + H 2 O(l) BH 1+ (ac) + OH 1- (ac) En el equilibrio, se tendrá: [B] = Ci x [BH 1+ ] = x [OH 1- ] = x Kb Reemplazando en la Kb: 1 1- BH x OH B Kb 2 X (Ci X) También se obtiene una ecuación de 2º grado: X 2 + KbX CiKb = 0 Donde X = [OH 1- ] Sergio Casas-Cordero E. 35

36 Medición y cálculo de ph Ácido débil Base débil [H 1+ ] = X [OH 1- ] = X X KbCi X KaCi Kw H 1 1 OH ph = - log [H 1+ ] [H 1+ ] = 10 -ph poh = - log [OH 1- ] ph = 14 - poh Sergio Casas-Cordero E. 36

37 sacce Sergio Casas-Cordero E. 37