TEMA VI: ACIDOS Y BASES

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1 TEMA VI: ACIDOS Y BASES 1.- Teorís de ácidos y Bses Teorí de Arrenius: Acido: Sustnci que en disolución cuos se disoci dndo H. HCl H O H Cl - Bse: Sustnci que en disolución cuos se disoci dndo OH -. NOH H O N OH - Según est teorí, únicmente pueden ser ácidos los ácidos clásicos (HCl, HNO, H PO, ) y ses los idróxidos metálicos, principlmente de lclinos y lclinotérreos (NOH, OH, ). En l ctulidd se consider que el gu se une l ión H pr dr H O (ión idronio), sí que en mucs recciones encontrremos los protones H unidos l gu Teorí de Brönsted-Lorry: Acido: Es tod sustnci cpz de ceder protones. Bse: Es tod sustnci cpz de cptr protones. Est teorí mpli el concepto de Arrenius ciéndolo extensivo disoluciones no cuoss. Si un sustnci cept un protón, es porque otr lo cede, por lo tnto no puede er recciones de ácido o de se por seprdo, sino de ácido-se ó recciones de trnsferenci de protones. Cundo un ácido pierde un protón, se trnsform en su se conjugd, y cundo un se cept un protón se trnsform en su ácido conjugdo. HCl H O Cl - H O Ácido Bse Bse Conjugd Ácido Conjugdo HNO H O - NO H O Acido Bse Bse Conjugd Acido Conjugdo NH H O NH H O Acido Bse Bse Conjugd Acido Conjugdo En mucos csos, el concepto de ácido o de se pr un sustnci es reltivo, dependiendo de l sustnci con que reccione. Ls sustncis que pueden ctur uns veces como ácidos y otrs como se, se llmn nfóters o nfiprótics. Como por ejemplo el gu. HCl H O Cl - H O Ácido Bse Bse Ácido NH H O NH OH - Bse Acido Acido Bse ACIDO - BASE Rúl G.M. 1

2 Ejemplos: ) Indicr ls ses conjugds de los siguientes ácidos: HCl H O NH CH -COOH H SO HS - Cl - OH - NH CH -COO - HSO - S -- ) Indicr los ácidos conjugdos de ls siguientes Bses: NH H O - CO NH H O HCO - OH - SO - HS - CH -COO - HSO - ó H SO H S.- Fuerz Reltiv de ácidos y Bses Como emos visto, el concepto de ácido y se es reltivo, por tnto, puede ocurrir que un sustnci ctúe como ácido fuerte frente otr, y en cmio lo g como ácido déil frente otr tercer. Por ello, y que tomr un sustnci como referenci que v ser el gu. De est form, ácidos o ses fuertes vn ser los que se disocin totlmente en disolución cuos: Ácidos fuertes son: HCl, H SO, HNO, HBr, HI, HClO, HIO, H O Bses fuertes son: Hidróxidos de metles lclinos y lclinotérreos y OH -. Cunto más disocido esté un ácido o un se, tnto más fuerte será, y cunto más fuerte se un ácido, tnto ms déil será su se conjugd y vicevers. Podemos medir l fuerz de un ácido o un se medinte el vlor de l constnte de equilirio en su rección con el gu. Supongmos l disocición de un ácido déil: HA H O H O A - [ HO ][ A ] En este equilirio: c [ HA][ H O ] Como en disoluciones cuoss diluids, l concentrción del gu, permnece prácticmente constnte, [ H O ] Cte, l podemos incluir en l constnte de equilirio, de form que: [ ] [ H O ][ A ] H O c [ HA] es l constnte de ionizción del ácido y cundo myor se, más fuerte será el ácido. Si cutumos de form nálog pr un se: BOH H O BH OH - [ BH ][ OH ] Aquí c [ BOH ][ H O ] ACIDO - BASE Rúl G.M.

3 Como estmos en un disolución cuos [ H O ] Cte, l incluimos en l constnte de equilirio: c [ ] [ BH ][ OH ] H O [ BOH ] Cte. de ionizción Tipo de ácidos o ses > 55,5 Fuertes 55,5 > > 10 - Moderdos 10 - > > Déiles > > 1, Muy déiles 1, > Extrordinrimente déiles es l constnte de ionizción de l Bse y cunto myor se, más fuerte será l se..- Acidos monopróticos y polipróticos: Se llmn ácidos monopróticos los ácidos que solo tienen un átomo de idrógeno, de form que en disolución desprenden un protón. Un mol de ácido en disolución produce un mol de H O. HCl H O Cl - H O Se llmn ácidos ipróticos los ácidos que en disolución cuos producen moles de H O. H SO H O SO - H O En generl se llmn ácidos polipróticos los ácidos que contienen más de un electrón. Los ácidos polipróticos no ceden todos sus protones de un vez, sino que lo cen de form esclond, y cd vez con más dificultd. Vemos el cso del ácido ortofosfórico: H PO H O H PO H PO HPO H O HPO H O PO H O H O H O 1 7,5 10 6, 10, >> >> 1 Por tnto en un ácido poliprótico, st con tener en cuent l primer disocición, y que ls cntiddes disocids en ls disociciones siguientes son despreciles frente l otenid en l primer..- Grdo de Ionizción o disocición: Como emos visto, un ácido está ms o menos ionizdo, dependiendo de su fortlez. Se define grdo de ionizción l frcción del ácido ionizdo: α nº de moles ionizdos nº de moles totles Si tenemos el siguiente equilirio: AH A - H AH A - H Moles Iniciles C 0 0 Moles en Equilirio C(1- α) Cα Cα L constnte de ionizción será: ACIDO - BASE Rúl G.M.

4 De donde [ A ][ H ] Cα Cα Cα [ AH ] C (1 α) 1 α Cα que es conocid como Ley de Dilución de Ostwld 1 α Si queremos clculr el grdo de ionizcion, conocido el vlor de : α C C 5.- Producto iónico del Agu. El gu pur no es un conductor, unque si conduce l electricidd en muy poc cntidd, pr que esto ocurr se supone que el gu estrá lgo disocid de l siguiente form: H O OH - H O [ OH ][ HO ] En este equilirio: c de donde como [ H O ] Cte [ H O ] c [ H O ] [ OH ][ H O ] w L constnte w se llm constnte de ionizción del gu ó producto iónico del gu y su vlor solo depende de l tempertur. A 5 C su vlor es de w Por tnto en culquier disolución neutr se cumple: [ OH ] [ H O ] 10 mol l En disolución ácid se cumple: [ OH ] < 10 mol l ; [ H O ] > 10 mol l En disolución ásic se cumple: [ OH ] > 10 mol l ; [ H O ] < 10 mol l A prtir del producto iónico del gu, podemos relcionr ls constntes y de un ácido y de su se conjugd respectivmente. AH HO A HO Sen ls recciones: A H O AH OH Si multiplicmos y : con [ A ][ H O ] [ AH ][ OH ] [ H O ][ OH ] w [ A ] [ AH ] [ A ][ H O ] [ AH ] [ AH ][ OH ] [ A ] w Tenemos que: Operndo: Si utilizmos l notción logrítmic: log(10 ) log( ) 1 log( ) log( ) ACIDO - BASE Rúl G.M.

5 Si llmmos Entonces p log p log 1 P P ó lo que es lo mismo: 1 P P. Hemos encontrdo un relción entre ls constntes de ionizción: P 1 P 6.- Concepto de ph Se llm ph de un disolución l logritmo de l concentrción de iones idronio cmido de signo. ph ph log [ HO ] 10 [ HO ] El vlor del ph está comprendido entre los vlores : 1 ph 1. De form nálog: poh log [ OH ] ph poh 1 Si ph 7 ph < 7 ph > 7 Neutro Acido Bsico Ejemplo: Clculr el ph, el poh y el grdo de disocición de un disolución de ácido etnóico 0,1M siendo que 1, L rección de trnsferenci de electrones es: CH -COOH H O CH -COO - H O Tenemos que: CH COOH CH -COO - H O Moles Iniciles C 0 0 Moles en Equilirio C(1-α ) Cα Cα [ CH COO ][ H O ] C Cα [ CH COOH ] 1 α 1 α α C Despejndo: Cα α 0 y de quí: α 1, 10 C [ HO ] C α 1, 10 M ph,91 y poh 1-pH 11,09!OJO!! Todo esto que emos visto es pr disoluciones diluids, pero pr disoluciones concentrds puede ocurrir lo siguiente: si [ H O ] mol / l 7.- Hidrólisis 10 ph 1 y poh 15. Tenemos idrólisis cundo en un disolución cuos de un sl neutr, de un ácido o de un se, lguno de sus iones reccion con el gu. Ls constntes de estos equilirios recien el nomre de constnte de idrólisis. Existen csos de idrólisis: ACIDO - BASE Rúl G.M. 5

6 Tipos de Hidrólisis: Sl de ácido Fuerte y Bse fuerte: Ninguno de los iones de l sl reccion con el gu porque proceden de ácido y se fuerte, por tnto l disolución resultnte es neutr. Ejemplo 7.1.1: HCl NOH NCl H O Acido Fuerte Bse Fuerte Sl Agu L Sl se Ioniz NCl H O N Cl - Los Iones Reccionn N H O No Reccionn Cl - H O No Reccionn NO REACCIONAN. Disolución NEUTRA Otros ejemplos son: I, NNO, SO, Sl de ácido fuerte y Bse déil: Solo reccion el ión de l se, por tnto l w disolución resultnte es ácid. L constnte de idrólisis quí será: Ejemplo: HCl NH NH Cl Acido Fuerte Bse Deil Sl L sl se ioniz NH Cl H O NH Cl - Sl Agu Acido Bse Los iones Reccionn NH H O NH H O Acido Agu Bse Deil Acido Fuerte Cl - H O No Reccionn Bse Agu Procede de ácido Fuerte Disolución ACIDA. Otros ejemplos son: NH NO Sl de ácido déil y se fuerte: Solo reccion el ión del ácido, por tnto l disolución w resultnte será ásic. L constnte de idrólisis en este cso es: Ejemplo: CH COOH NOH CH COON H O Acido Deil Bse Fuerte Sl Agu L sl se ioniz CH COON H O CH COO - N Sl Agu Bse Acido Los iones Reccionn CH COO - H O CH COOH OH - Acido Agu Acido Deil Bse Fuerte N H O No Reccionn Bse Agu Procede de Bse Fuerte Disolución BASICA. Otros ejemplos son: CN, N CO ACIDO - BASE Rúl G.M. 6

7 Sl de ácido déil y se déil: Reccionn el ión del ácido y el de l se. L disolución resultnte puede ser ácid, ásic o neutr dependiendo de ls constntes de cd ión. En w este cso l constnte de idrólisis será: Ejemplo: CH COOH NH CH COONH Acido Deil Bse Deil Sl L sl se ioniz CH COONH H O CH COO - NH Sl Agu Bse Acido Los iones Reccionn CH COO - H O CH COOH OH - Acido Agu Acido Deil Bse Fuerte NH H O NH H O Bse Agu Bse Deil Acido Fuerte En Resumen podemos decir que: Otros Ejemplos: NH CN, (NH ) CO Tipo de Sl Ejemplos Hidrólisis Crácter de l Disolución Acido Fuerte Bse Fuerte NCl, I, NNO, Cl, NClO, No y Netur Acido déil Bse fuerte CH -COON, N CO, CN, N S.. Anión Bsic Acido fuerte Bse Déil NH, NH NO, NH I,.. Ctión Ácid Adido Déil Bse Déil CH -COONH, NH CN, (NH ) CO, (NH ) S Anión y Ctión Ligermente ácid o ligermente ásic Ejemplo: Clculr el ph de un disolución 0,5M de CN, siendo que del HCN es 7, L rección que tenemos es: CN H O CN - Semos que l sl se disoci completmente: CN CN - Moles Iniciles 0,5 0 0 Moles Finles 0 0,5 0,5 Reccion el Anión, porque proviene de ácido déil. CN - H O HCN OH - CN - HCN OH - Moles Iniciles 0,5 0 0 Moles Equilirio 0,5-x X X 1 [ HCN ] [ OH ] 10 x w 1, 10 x, [ CN ] 7,1 10 0,5 x De quí, [OH - ], poh,59 ph 1-,59 11,1 Básico ACIDO - BASE Rúl G.M. 7

8 Grdo de Hidrólisis y ph: Grdo de idrólisis, α, es l frcción de moles de sl idrolizdos, es decir, l relción entre el número de moles que se idrolizn y el número totl de moles de sl. Consideremos continución, el grdo de idrólisis de un sl de concentrción C en cd uno de los csos posiles, sí como l mner de clculr el ph de l disolución correspondiente: (En los cálculos, como pr ácidos y ses déiles <10-6, proximmos ( 1 α ) 1) Tipo de Sl Sl de Acido Deil Bse Fuerte Sl de Acido Fuerte Bse déil Sl de Acido déil se déil Disocición de l sl BA B A - BA B A - BA B A - Rección de Hidrólisis A - H O HA OH - B H O BOH H O B A - HA BOH Constnte de Hidrólisis Grdo de Hidrólisis ph [ HA] [ OH ] [ A ] α C w C w [ BOH ] [ H O ] [ B ] α C w ph 7 p logc ph 7 p logc C w [ HA] [ BOH ] w [ B ] [ A ] α 1 α <<1 1 1 ph 7 p logc < 7si > ph 7si > > 7si > Tipo de Disolución BASICA ACIDA NO SABEMOS si 8.- Disoluciones Amortigudors Se llmn disoluciones mortigudors, tmpón, reguldors o uffer uns disoluciones formds por un ácido déil y un sl derivd de él, o por un se déil y un sl derivd de ell. En este tipo de disoluciones no intervienen los ácidos o ses fuertes. Ests disoluciones tienen l propiedd de modificr muy poco su ph cundo se le ñden cierts cntiddes de ácido o de se. Supongmos un disolución reguldor de un ácido, por ejemplo: CH -COOH CH -COO - H [ CH ] [ ] CH -COON CH -COO - N COO H [ CH COOH ] Aplicndo l constnte de equilirio de l disocición del ácido: [ AcN] [ H ] [ AcH ] [ AcH ] [ H ] [ Sl ] [ sl ] ph p log [ Acido ] Procediendo de igul form pr culquier disolución reguldor de se: [ AcN] [ H ] [ AcH ] [ Bse] [ OH ] [ Sl ] [ sl ] ph 1 p log [ Bse] ACIDO - BASE Rúl G.M. 8

9 9.- Neutrlizción: Cundo un se y un ácido se ponen en contcto, ls propieddes crcterístics de un y de otro se nuln. A este fenómeno se le conoce con el nomre de neutrlizción del ácido y de l se. En un neutrlizción, tiene lugr un formción de Agu prtir de los iones H O y OH -. Prlelmente l formción de gu, se produce un sl que generlmente qued disocid en sus iones. L cpcidd de neutrlizción de un ácido o de un se será entonces función del número de protones que pued ceder, cso del ácido, o numero de protones que pued ceptr, cso de l se. Equivlente grmo de un ácido, es l cntidd de dico ácido que puede ceder un mol de protones. Equivlente grmo de un se, es l cntidd de dic se que puede ceptr un mol de protones. Los ácidos y ls ses, reccionn equivlente equivlente, es decir, por cd equivlente de ácido se neutrliz un equivlente de se y vicevers. En el momento que y el mismo número de equivlentes de ácido que de se en l disolución, diremos que est es neutr, y estremos en el punto de equivlenci. En este Neutrlizción ph Acido Fuerte Bse Fuerte 7 Acido Fuerte Bse Déil <7 Acido Déil Bse Fuerte >7 Acido Déil Bse Déil? punto el ph de l disolución puede ser ácido ásico o neutro según l fortlez de ácido y se. Vése tl. Puesto que los volúmenes de ácido y se, y l normlidd de uno de ellos son conocidos, podemos clculr fácilmente l normlidd desconocid medinte: V N V N c c Ejemplo: Un muestr de ácido enzóico C 6 H 5 COOH, pes 1,8 gr. Se neutrliz con 0 ml de un disolución de NOH. Cuál será l normlidd de ést últim?. ms ms 1,8g Clculmos el número de equivlentes de ácido: n º eq 0,015eq p p eq m 11g vl 1 Como l rección es equivlente equivlente, n º eq Bse N V N V De donde: N 0,015 0, 76N V 0, Indicdores ACIDO-BASE: Los indicdores son sustncis que cmin de color dentro de un pequeño intervlo de ph. Se trt de ácidos o ses déiles, orgánicos, cuyo equilirio de disocición qued desplzdo ci l izquierd o ci l derec dependiendo de l concentrción de [H O ] y que presentn distinto color en su form ácid o ásic. ACIDO - BASE Rúl G.M. 9

10 El cmio de color (virje del indicdor) se produce dentro de un intervlo conocido, de est form puede conocerse el ph de un disolución de form proximd y sí poder clculr el punto de equivlenci (neutrlizción) Ácidos y ses de Lewis: Según Lewis: Indicdor Intervlo de ph Cmio de Color Nrnj de metilo,1, Rojo mrillo Azul de Bromofenol,0,6 Amrillo zul Bse: Sustnci portdor de un átomo cpz de ceder un pr solitrio de electrones. Acido: Sustnci portdor de un oritl tómico o moleculr vcío que pued ceptr un pr de electrones. Ejemplo: Cuántos cc. De disolución de HCl l 0% de riquez y de 1,g/cc de densidd cen flt pr preprr 5l de disolución 0,1 N de dico ácido?. Un vez preprd dic disolución, se tomn 150 cc. Y se vlorn con disolución de NOH 0,N, gstándose 8,5 cc de est últim. Cuál será l verdder concentrción de l disolución de HCl?. n º eq Como N 0, 1N entonces: n º eq 5l 0,1N 0, 5eq Vol Si multiplicmos por el peso moleculr de HCl, otenemos l ms de HCl: m HCl 0,5eq 6,5 18, 5gr Como conocemos l densidd, podemos clculr el volumen de est ms: 18,5g V m / d 15,cm 1, g / cm Utilizndo el dto de l riquez, un 0%, otenemos: 100cm 1cm x x 8 cm de HCl 15,cm Necesitmos 8 cm de disolución de HCl pr preprr l disolución 0,1 N. Pr l vlorción: De donde: 150cm N 8,5cm 0, N 8,5cm 0,N N 0, 101N 10cm ACIDO - BASE Rúl G.M. 10