Acidos y Bases. Diferentes clasificaciones 10/8/2010. Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. / Provisto por Dr. Hernández-Castillo 1. Acidos.

Transcripción

1 Acidos Tienen un sabor agrio. El vinagre debe su sabor al ácido acético. Las frutas cítricas contienen ácido cítrico. Reaccionan con ciertos metales para producir el gas 2 Acidos y Bases Capítulo 15 Copyright The McGraw-ill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Reaccionan con carbonatos y bicarbonatos para producir dióido de carbono y agua Tienen un sabor amargo. Bases Tienen sensación resbaladiza. Muchos jabones contienen bases. 4.3 Diferentes clasificaciones Arrhenius (producir + o O en agua) Ácido de Arrhenius produce + ( 3 O + ) en agua Bronsted (donar o aceptar + ) Base de Arrhenius produce O - en agua Lewis (aceptar o donar par electrónico) 4.3 Copyright The McGraw-ill Companies, Inc. / Provisto por Dr. ernández-castillo 1

2 Un ácido de Brønsted es un donante de + Propiedades ácido-base del agua Una base de Brønsted es un aceptador de + 2 O (l) + (ac) + O - (ac) autoionización del agua O + O + O O [ ] + - base ácido ácido base base ácido Ácido conjugado Base conjugada 15.1 Ácido base conjugado 2 O + 2 O 3 O + + O - ácido Base conjugada O (l) El producto iónico del agua + (ac) + O - (ac) K c = [+ ][O - ] [ 2 O] K c [ 2 O] = K w = [ + ][O - ] [ 2 O] = constante La constante del producto-ión (K w ) es el producto de la concentración molar de + y O a una temperatura particular. La disolución es A 25 0 C K w = [ + ][O - ] = [ + ] = [O - ] [ + ] > [O - ] [ + ] < [O - ] neutral acídica Básica (alcalina) 15.2 Cuál es la concentración de iones hidróido (O ) en una disolución de Cl cuya concentración del ión hidronio es 1.3 M? K w = [ + ][O - ] = [O - ] = K w [ + ] [ + ] = 1.3 M = = M Copyright The McGraw-ill Companies, Inc. / Provisto por Dr. ernández-castillo 2

3 p Medida de acidez po = -log [O - ] p = -log [ + ] [ + ][O - ] = K w = La disolución es neutral [ + ] = [O - ] A 25 0 C [ + ] = p = 7 -log [ + ] log [O - ] = p + po = acídica [ + ] > [O - ] [ + ] > p < 7 básica (alcalina) [ + ] < [O - ] [ + ] < p > 7 p [ + ] El p de agua de lluvia recolectada en una cierta región del noreste de Estados Unidos en un día particular es Cuál es la concentración del ión + de dicha agua? p = -log [ + ] [ + ] = 10 -p = = M La concentración del ión hidróido (O - ) de una muestra de sangre es M. Cuál es el p de la sangre? p + po = po = -log [O - ] = -log ( ) = 6.60 p = po = = 7.40 Electrolito Fuerte 100% disociación NaCl (s) 2 O Na + (ac) + Cl - (ac) Electrolito Débil no se disocia completamente C 3 COO C 3 COO - (ac) + + (ac) Los ácidos fuertes son electrolitos fuertes Cl (ac) + 2 O (l) 3 O + (ac) + Cl - (ac) NO 3 (ac) + 2 O (l) 3 O + (ac) + NO - 3 (ac) ClO 4 (ac) + 2 O (l) 3 O + (ac) + ClO - 4 (ac) SO 4 (ac) + 2 O (l) 3 O + (ac) + SO 4 - (ac) Copyright The McGraw-ill Companies, Inc. / Provisto por Dr. ernández-castillo 3

4 Los ácidos débiles son electrolitos débiles Las bases débiles son electrolitos débiles F (ac) + 2 O (l) 3 O + (ac) + F - (ac) F - (ac) + 2 O (l) O - (ac) + F (ac) NO 2 (ac) + 2 O (l) 3 O + (ac) + NO 2 - (ac) NO 2 - (ac) + 2 O (l) O - (ac) + NO 2 (ac) SO - 4 (ac) + 2 O (l) 3 O + (ac) + SO 2-4 (ac) 2 O (l) + 2 O (l) 3 O + (ac) + O - (ac) Las bases fuertes son electrolitos fuertes NaO 2 O (s) Na + (ac) + O - (ac) KO 2 O (s) K + (ac) + O - (ac) Ba(O) 2 O 2 (s) Ba 2+ (ac) + 2O - (ac) Pares conjugados ácido-base: La base conjugada de un ácido fuerte no tiene una fortaleza medible. 3 O + es el ácido mas fuerte que puede eistir en solución acuosa. El ión O - es la base mas fuerte que puede eistir en solución acuosa. Ácido fuerte Ácido debil Copyright The McGraw-ill Companies, Inc. / Provisto por Dr. ernández-castillo 4

5 Cuál es el p de una solución M NO 3? NO 3 es un ácido fuerte 100% disociación. Ácidos débiles (A) y constantes de ionización ácidas A (ac) + 2 O (l) 3 O + (ac) + A - (ac) Inicio M 0.0 M 0.0 M NO 3 (ac) + 2 O (l) 3 O + (ac) + NO - 3 (ac) Fin 0.0 M M M p = -log [ + ] = -log [ 3 O + ] = -log(0.002) = 2.7 Cuál es el p de una solución M Ba(O) 2? Ba(O) 2 es una base fuerte 100% disociación. Inicio M 0.0 M 0.0 M Ba(O) 2 (s) Ba 2+ (ac) + 2O - (ac) Fin 0.0 M M M p = po = log(0.036) = 12.6 A (ac) + (ac) + A - (ac) K a = [+ ][A - ] [A] K a es la constante de ionización ácida K a Fortaleza del Ácido debil Cuál es el p de una solución 0.5 M F (a 25 0 C)? F (ac) + (ac) + F - (ac) K a = [+ ][F - ] = [F] -4 Inicial (M) Cambio (M) Equilibrio (M) K a = K a F (ac) = = (ac) + F - (ac) K a << = [ + ] = [F - ] = M p = -log [ + ] = 1.72 [F] = 0.50 = 0.48 M = M Copyright The McGraw-ill Companies, Inc. / Provisto por Dr. ernández-castillo 5

6 Cuando puedo usar la aproimación? K a << Cuando sea menor que el 5% del valor del cual está siendo restado M = M 100% = 3.8% Menor que 5% Aproimación OK. Cuál es el p de una solución 0.05 M F (a 25 0 C)? K a = = M M 0.05 M 100% = 12% Mayor que 5% Aproimación NO OK. Tiene que resolver para eactamente (usando la ecuación cuadrática). Resolviendo problemas de ionización de un ácido débil : 1. Identifique las especies principales que puedan afectar el p. En la mayoría de los casos, se puede ignorar la autoionización del agua (en otros no). Ignore [O - ] porque está determinada por [ + ]. 2. Use ICE para epresar las concentraciones de equilibrio en términos de un variable sencilla. 3. Escriba K a en términos de las concentraciones de equilibrio. Resuelva para por el método de aproimación o con la ecuación cuadrática. 4. Calcule las concentraciones de todas las especies y/o el p de la solución. Cuál es el p de una solución M de un ácido monoprótico cuyo K a es ? Inicial (M) Cambio (M) Equilibrio (M) K a = K a A (ac) = = (ac) + A - (ac) K a << = = M M M 100% = 6.8% Más de 5% Approimación NO OK. K a = Inicial (M) Cambio (M) = = 0 Equilibrio (M) a 2 + b + c =0 = -b ± b 2 4ac 2a = = A (ac) (ac) + A - (ac) 0.00 [ + ] = = M p = -log[ + ] = Copyright The McGraw-ill Companies, Inc. / Provisto por Dr. ernández-castillo 6

7 Porciento = de ionización Porciento de = Ionización concentración de ácido ionizado en equilibrio Concentración inicial del ácido Para un ácido monoprótico A [ + ] [A] 0 100% 100% [A] 0 = concentración inicial Bases débiles y constantes de ionización básicas N 3 (ac) + 2 O (l) K b = [N 4 + ][O - ] [N 3 ] N 4 + (ac) + O - (ac) K b es la constante de ionización básica K b Fortaleza de la base débil Resuelva los problemas como si se tratase de un ácido débil ecepto que estará resolviendo para [O-] en vez de para [ + ] Constantes de ionización del par conjugado ácido-base A (ac) A - (ac) + 2 O (l) + (ac) + A - (ac) O - (ac) + A (ac) K a K b 2 O (l) + (ac) + O - (ac) K w K a K b = K w Ácido débil y su base conjugada K a = K w K b K b = K w K a Copyright The McGraw-ill Companies, Inc. / Provisto por Dr. ernández-castillo 7

8 Estructura molecular y fortaleza del ácido (ácidos binarios) X + + X - Mas fuerte el enlace Mas débil el ácido F << Cl < Br < I 15.8 F es un caso especial 15.9 Estructura molecular y fortaleza del ácido (oiácidos) δ - δ + Z O Z O El enlace O- será más polar y fácil de romper si: Z es bien electronegativo o Z está en un alto estado de oidación Estructura molecular y fortaleza de ácidos (oiácidos) 1. Oiácidos que tienen diferentes átomos centrales (Z) que son del mismo grupo (familia) y tienen el mismo número de oidación Fortaleza del ácido aumentará con un aumento en la O O Cl O electronegatividad de Z O O Br O Cl es más electronegativo que Br ClO 3 > BrO Copyright The McGraw-ill Companies, Inc. / Provisto por Dr. ernández-castillo 8

9 Estructura molecular y fortaleza de ácidos (oiácidos) 2. Oiácidos que tienen el mismo átomo central (Z) pero diferente cantidad de grupos. Fortaleza del ácido aumentará con aumento en el número de oidación de Z ClO 4 > ClO 3 > ClO 2 > ClO Propiedades ácido-base de las sales disoluciones neutrales: Sales que contienen un ión de un metal alcalino o alcalinotérreo (ecepto Be 2+ ) y la base conjugada de un ácido fuerte (e.g. Cl -, Br -, and NO 3- ). NaCl (s) 2 O disoluciones básicas: Na + (ac) + Cl - (ac) Sales derivadas de una base fuerte y un ácido débil. NaC 3 COO (s) 2 O Na + (ac) + C 3 COO - (ac) C 3 COO - (ac) + 2 O (l) C 3 COO (ac) + O - (ac) Propiedades ácido-base de las sales disoluciones ácidas: Sales derivadas de un ácido fuerte y una base débil. hidrólisis ácida del Al 3+ N 4 Cl (s) 2 O N 4+ (ac) + Cl - (ac) N 4 + (ac) N 3 (ac) + + (ac) Sales con cationes metálicos pequeños de alta carga (e.g. Al 3+, Cr 3+, and Be 2+ ) y la base conjugada de un ácido fuerte. Al( 2 O) 6 (ac) Al(O)( 2 O) 5 (ac) + + (ac) Copyright The McGraw-ill Companies, Inc. / Provisto por Dr. ernández-castillo 9

10 Propiedades ácido-base de las sales Disoluciones en que ambos (catión y anión) pueden hidrolizar: K b para el anión > K a para el catión, disolución será básica K b para el anión < K a para el catión, disolución será ácida K b para el anión K a para el catión, disolución será neutral Óidos de los elementos representativos en sus estados de oidación más altos CO 2 (g) + 2 O (l) 2 CO 3 (ac) N 2 O 5 (g) + 2 O (l) 2NO 3 (ac) Definición de un ácido Ácido de Arrhenius es una sustancia que produce + ( 3 O + ) en agua Un ácido de Brønsted es un donante de protones Un ácido de Lewis es una sustancia que puede aceptar un par de electrones Una base de Lewis es una sustancia que puede donar un par de electrones + ácido + + ácido + O - base N base O + N Ácidos y bases de Lewis F F F B F ácido + N F B F base N No hay protones donados o aceptados! Copyright The McGraw-ill Companies, Inc. / Provisto por Dr. ernández-castillo 10