Tema 14: Equilibrio ácido-base

Transcripción

1 : Equilibrio ácido-base 14.1 Evolución histórica Conceptos de Arrhenius, Brönsted-Lowry y Lewis 14. Constante de autoionización y concepto de p 14. Influencia del disolvente. ortaleza relativa 14.4 idrólisis 14.5 Disoluciones reguladoras 14.7 Indicadores 14.7 Volumetrías ácido-base Arrhenius (188) 14.1 Evolución istórica Ácido: Sustancia que, en disolución acuosa, se disocia formando Cl (aq) Cl - (aq) Base: Sustancia que, en disolución acuosa se disocia formando O - NaO Na (aq) O - (aq) Reacción de neutralización: (aq) Cl - (aq) Na (aq) O- (aq) Na (aq) Cl - (aq) O (l) ácido base sal agua 1 Limitaciones Sustancias con propiedades básicas que no contienen iones hidroxilo (Ej. N líquido) Se limita a disoluciones acuosas Brønsted-Lowry (19) Ácido: Especie que tiene tendencia a donar protones Base: Especie que tiene tendencia a aceptar protones C COO (aq) O (l) O (aq) C COO - (aq) ácido (1) base () ácido () base (1) Par ácido-base conjugado Ventajas * Ya no se limita a disoluciones acuosas * Se explica el comportamiento básico de, p.ej., N ace falta una teoría más general N (aq) O (l) base (1) ácido () N 4 (aq) O - (aq) ácido (1) base () Sustancia anfótera (puede actuar como ácido o como base) 4

2 Lewis (19) Para que una sustancia acepte un debe poseer un par de electrones no compartidos. :N Ácido: Especie que puede aceptar pares de electrones Base: Especie que puede ceder pares de electrones N Una reacción entre un ácido de Lewis y una base de Lewis conduce a la formación de un enlace covalente entre ellos N: B base ácido aducto O - y N (bases de Brønsted-Lowry Lowry) ) también son bases de Lewis es un ácido de Lewis pero Cl (ácido de Brønsted-Lowry Lowry) no es ácido de Lewis (no es un aceptor de pares de electrones) N B Autoionización del agua Producto iónico del agua Los iones que proceden de las moléculas de agua se forman como resultado de la naturaleza anfiprótica del agua; algunas moléculas de agua ceden protones y otras aceptan protones. O O O O En la autoionización del agua, por cada molécula de agua que actúa como ácido, otra actúa como base. O (l) O (l) p - log [ O ] po - log [O - ] O (aq) O - (aq) -log log [ O ] - log [O - ] 14 p po w [ O ][O - ] Producto iónico del agua A 5ºC, w [Tomando logaritmos y cambiando el signo] 7 8

3 Escala de P Ejemplo: El p de una disolución acuosa es 1,6. Cual será la [O ] y el po a la temperatura de 5ºC? p log [ O ] 1,6 [ O ] 10 p 10 1,6, W [O ] 0,04 [ O ], po log [O ] log 0,04 1, Influencia del disolvente. ortaleza relativa uerza de un ácido o base: mayor o menor tendencia a Transferir o aceptar un protón. A B B A - Ácido Base Ácido conjugado Base conjugada Un ÁCIDO o una BASE es UERTE si el equilibrio ácido-base en el que interviene está totalmente desplazado a la derecha: A B B A - CONSTANTES DE ACIDEZ Y BASICIDAD Disociación de un ácido débil en agua: A O A O [ A ][ O ] a [ A ] Disociación de una base débil en agua: B O B O [ B ][ O ] [ B] (constante de acidez) (constante de basicidad) b 11 1

4 Ejemplo: Sabiendo que las constantes de acidez del ácido fosfórico son: a1 7,5 x 10, a 6,x10 8 y a, x 10 1, calcular las concentraciones de los iones O, PO 4, PO 4 y PO 4 en una disolución de PO 4 0,08. Equilibrio : PO 4 O PO 4 O c. in.(mol/l): 0,01 0 0,01 c. eq.(mol/l): 0,01 y y 0,01 y Equilibrio 1: PO 4 O PO 4 O c. in.(mol/l): 0, c. eq.(mol/l): 0,08 x x x a [ PO ] [ O ] y (0,01 y) 0,01y 8 6, 10 [ PO ] 0,01 y 0, a1 [ PO 4] [ O ] x 7,5 10 [ PO] 0,08 x 4 x 0,01 y 6, x 10 8 [ PO ] 6, [ PO ] [ O ] 0, Relación entre la constante de acidez de un ácido Equilibrio : PO 4 O PO 4 O ( a ) y la de su base conjugada ( b ) c. in.(mol/l): 6, x ,01 c. eq.(mol/l): 6, x 10 8 z z 0,01 z A O A - O A - O A O - a b [ PO 4] [ O ] z (0,01 z) 0,01z a a 8 8 [ PO4 ] 6, 10 z 6, 10, 10 1 a [ O ] [A - ] [A] b [O - ] [A] [A - ] z 6,5 x [ PO ] 6, a b [ O ][O - ] w Ejemplo: Calcular la b del CN si sabemos que la a del CN vale 4,

5 14.4 idrólisis Es la reacción de los iones de una sal con el agua Sólo es apreciable cuando estos iones proceden de un ácido o una base débil: idrólisis ácida (de un catión): N 4 O N O idrólisis básica (de un anión): C COO O C COO O Tipos de hidrólisis Según procedan el catión y el anión de un ácido o una base fuerte o débil, las sales se clasifican en: Sales procedentes de ácido fuerte y base fuerte Ejemplo: NaCl Sales procedentes de ácido débil y base fuerte Ejemplo: NaCN Sales procedentes de ácido fuerte y base débil Ejemplo: N 4 Cl Sales procedentes de ácido débil y base débil Ejemplo: N 4 CN Sales procedentes de ácido fuerte y base fuerte NaCl (s) [p.ej.: NaCl, Cl, NaNO ] O Procede de un ácido fuerte (Cl). No se hidroliza Na (aq) Cl - (aq) Sales procedentes de ácido fuerte y base débil N 4 Cl (s) O [p.ej.: N 4 Cl] N 4 (aq) Cl - (aq) Procede de una base débil (N ). Se hidroliza Procede de un ácido fuerte (Cl) No se hidroliza Procede de una base fuerte (NaO). No se hidroliza N 4 (aq) O (l) N (aq) O (aq) Disolución ácida Disolución neutra [N][O ] w h a( N4 ) [N ] ( N ) 4 b 19 0

6 Sales procedentes de ácido débil y base fuerte [p.ej.: C COONa] Sales procedentes de ácido débil y base débil [p.ej.: N 4 CN] C COONa (s) O C COO - (aq) Na (aq) Procede de una base fuerte (NaO) No se hidroliza N 4 CN (s) O Procede de un ácido débil (CN). Se hidroliza N 4 (aq) CN - (aq) Procede de un ácido débil (C COO). Se hidroliza C COO - (aq) O (l) C COO (aq) O - (aq) [CCOO][O ] b(ccoo ) [C COO ] h w (C COO) a Disolución básica Procede de una base débil (N ). Se hidroliza Si h (catión) > h (anión) Disolución ácida Si h (catión) < h (anión) Disolución básica Si h (catión) h (anión) Disolución neutra [Para el N 4 CN: disolución básica] 1 Ejemplo: Sabiendo que a (CN) 4, , calcular el p y el grado de hidrólisis de una disolución acuosa de NaCN 0,01. La reacción de hidrólisis será: CN O CN O 14 [CN][O ] w 1 10 h( CN ) [CN ] CN O CN O Conc inin. () 0, Conc equil. () 0,01(1 α) 0,01 α 0,01 α [CN][O ] ( 0, 01α ) [CN ] 0, 01( 1 α ) 14 W 1 10 [O ] 10 [O ] 0, 01 ( 0, 05 ) 11 p log [O] log,0 x ,7 5 α0, Disoluciones reguladoras Para muchos procesos, el control del p resulta fundamental (p.ej. reacciones bioquímicas) Disoluciones reguladoras (o tampón): Disoluciones que mantienen un p aproximadamente constante cuando se agregan pequeñas cantidades de ácido o base o cuando se diluyen. Composición Cantidades sustanciales de un ácido débil y de su base conjugada (o una base débil y su ácido conjugado). (p.ej.: C COO/C COONa) 4

7 ecanismo: A (aq) O (l) O (aq) A - (aq) [A ][O ] [A] [A ] a ; [O ] a ; p pa log [A] [A ] [A] Si al equilibrio le añado, p.ej., un ácido, se desplazará a la izquierda, disminuirá el cociente [A - ]/[A] y el p bajará. Pero si la cantidad añadida es pequeña comparada con las cantidades (grandes) que hay de A - y A, el cociente cambiará muy poco y el p apenas se modificará. P.ej.: * si añado moles de Cl a un 1 L de agua, el p pasa de 7 a. * si añado moles de Cl a un 1 L de disolución que contiene 0.7 moles de acético y 0.6 moles de acetato sódico, el p pasa de a Una ecuación para las disoluciones reguladoras: [A ] p pa log [A] Dado que las concentraciones iniciales de ácido y de su base conjugada son grandes, se puede suponer que las cantidades que desaparecerán y que aparecerán mientras se va alcanzando el equilibrio serán pequeñas, comparadas con las iniciales. Por tanto, en la fórmula anterior las concentraciones en el equilibrio se pueden aproximar por las concentraciones iniciales. [base] Exacta o Ecuación de pa log Aproximada [ácido] enderson-asselbach o p eq eq [base] p pa log [ácido] eq eq Indicadores Algunos indicadores de p Indicadores: Ácidos o bases débiles cuyas formas ácido/base conjugadas presentan colores diferentes. Ind (aq) O (l) «O (aq) Ind - (aq) Color A Color B [Ind ][ O ] (Ind) [Ind] a [Ind ] p p Ind log [Ind] Indicador Violeta de metilo Rojo Congo Rojo de metilo Tornasol Color forma ácida Amarillo Azul Rojo Rojo Color forma básica Violeta Rojo Amarillo Azul Zona de viraje (p) Cuando a una disolución le añadimos un indicador, estarán presentes las dos especies Ind e Ind -. enolftaleína Incoloro Rosa

8 14.7 Volumetrías ácido-base Cómo podemos determinar la concentración de un ácido o de una base en una disolución? Cómo sé cuándo he llegado al punto de equivalencia? Curva de valoración: Representación del p en función del volumen añadido. étodo más empleado: valoración ácido-base Una disolución que contiene una concentración conocida de base (o ácido) se hace reaccionar con una disolución de ácido (o de base) de concentración desconocida. Punto de equivalencia edimos el volumen de la disolución de base (o ácido) necesario para que consuma (neutralice) todo el ácido (o base). Cuando se logra la neutralización completa: Punto de equivalencia Cómo sé que he llegado al punto de equivalencia sin necesidad de representar la curva de valoración entera? ediante un indicador apropiado 9 0