REACCIONES DE TRANSFERENCIA DE PROTONES

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1 QUÍMICA º BACHILLERATO Recciones de trnsferenci de protones REACCIONES DE TRANSFERENCIA DE PROTONES Desde l Antigüedd se conocen dos grupos de sustncis que comprten un serie de propieddes. A uno de ellos se les denominó ácidos (Boyle) mientrs que se introdujo el término de álcli, (del árbe l kli, cenizs vegetles) pr el otro. Mezclndo un disolución ácid con otr lclin se obtiene un sl, rzón por l que este segundo tipo de sustncis se les denominó bses, (del griego bsis, fundmento pr obtener sles). Propieddes crcterístics de ácidos y bses: ÁCIDOS Poseen sbor grio Reccionn con lgunos metles desprendiendo H gs Atcn rocs crbontds (CCO ) desprendiendo CO Coloren determinds sustncis denominds indicdores Sus disoluciones cuoss conducen l corriente eléctric Reccionn con ls bses neutrlizndo sus efectos BASES Poseen sbor mrgo Reccionn con ls grss pr formr jbón Coloren determinds sustncis denominds indicdores Sus disoluciones cuoss conducen l corriente eléctric Reccionn con los ácidos neutrlizndo sus efectos Los ácidos reccionn con ls bses (rección de neutrlizción) produciendo sles Los ácidos y ls bses, no sólo son sustncis frecuentes en el lbortorio o en l industri, sino que son hbitules en nuestr vid diri. En l limpiez, ls disoluciones de HCl (slfumán), de NClO (lejí), de NH,, en los limentos como el vingre, fruts cítrics, en productos frmcéuticos como l spirin, bicrbonto de sodio, en ls bterís de los coches, el H SO,, fertilizntes como el NH NO,.. Tmpoco nos podemos olvidr de los problems mediombientles cusdos en zons ltmente industrilizds debido l presenci de lguns de ests sustncis (lluvi ácid, ml de l piedr ) Teorí de Arrhenius Ls crcterístics que hemos indicdo nteriormente no son lo suficientemente riguross como pr explicr los conceptos de ácido y bse. Desde el s.xviii y se intentó encontrr lgun relción entre ls propieddes de ests sustncis y sus correspondientes composiciones químics de form que se dispusier de conceptos objetivos con ls que relcionr estos compuestos. Científicos como Boyle, Lvoisier (que consideró errónemente que el oxígeno formb prte de todos los ácidos), Dvy (quien firmó que el crácter ácido de un compuesto se debí l presenci de hidrógeno), Frdy (descubriendo que ls disoluciones cuoss de ácidos y bses conducen l corriente eléctric) pusieron ls bses de ls teorís cerc del comportmiento y nturlez de ests sustncis. Svnte Arrhenius ( ), bsándose en el hecho de que ls disoluciones de ácidos, bses y sles conducen l corriente eléctric, presentó su teorí de l disocición iónic según l cul ests sustncis, que reciben el nombre de electrólitos, l disolverse en gu se disocin en iones positivos y negtivos. ) Electrólitos Iónicos son los que están formdos por iones y l disolverse en gu se disocin en ellos (NCl) b) Electrólitos Moleculres. Constituidos por moléculs que l disolverse en gu se ionizn formndo iones (HCl) Pr Arrhenius: ) N Cl HO N Cl HO b) HCl H O Cl un ácido es tod sustnci que, en disolución cuos, se disoci produciendo iones hidrógeno o protones, H HO (en generl) HA H A

2 QUÍMICA º BACHILLERATO Recciones de trnsferenci de protones - - HO Ejemplos: HNO H NO HO H SO H SO y un bse es tod sustnci que, l disolverse en gu, se disoci produciendo iones hidróxido OH (hidroxilo u oxidrilo) HO (en generl) BOH HO Ejemplos: NOH HO C(OH) B OH N OH C OH L rección de neutrlizción se produce cundo un ácido se combin con un bse formándose un sl y gu. Por ejemplo, cundo el ácido clorhídrico reccion con el hidróxido de sodio: HCl (q) NOH (q) NCl (q) H O (l) En relidd l rección de neutrlizción se debe l combinción de iones H con iones OH pr formr gu, con l consiguiente formción de l sl. De est form, l nterior rección de neutrlizción podrímos representrl: HCl (q) NOH (q) H (q) Cl (q) N (q) OH (q) Cl (q) N (q) H O donde los iones N y Cl no intervienen en l rección siendo meros iones espectdores. Al evporr el gu en l rección nterior obtendremos cristles de cloruro de sodio (NCl) AB1.- De cuerdo con l teorí de Arrhenius, represent l ecución de disocición iónic de los siguientes compuestos: Ácido fluorhídrico, hidróxido de potsio, ácido fosfórico, hidróxido de hierro (III), ácido crbónico e hidróxido de mgnesio. AB.- Indic el ácido y l bse cuy neutrlizción produce ls siguientes sles: Fluoruro de litio, sulfuro de potsio, nitrto de sodio, sulfto de cobre (II), fosfto de brio y sulfto de luminio. AB.- A qué crees que se debe que l entlpí estándr molr de neutrlizción del NOH con el HCl se l mitd que l de l neutrlizción de ese mismo ácido con el C(OH)? L teorí de Arrhenius present lguns limitciones: - condicion el comportmiento ácido o básico de ls sustncis neutrs cundo ésts se encuentrn disuelts en gu - no explic el comportmiento básico de sustncis como el NH o el N CO ni el mrcdo crácter ácido de especies como el CO o SO Por otr prte, en ls disoluciones cuoss se sbe que el ion H no prece isldo sino que tiende roderse de moléculs de gu. Con frecuenci se encuentr unido un molécul de gu formndo el ion hidronio H O. Teorí de Brönsted - Lowry En 19, el dnés J. N. Brönsted y el inglés T. M. Lowry propusieron, simultáne e independientemente, un teorí sobre l nturlez y comportmiento de los ácidos y ls bses que mplib l propuest nteriormente por Arrhenius. Según est nuev teorí: - Un sustnci se comport como ácido cundo es cpz de ceder protones (H ) otr sustnci - Un especie químic se comport como bse cundo es cpz de ceptr un protón (H ) de otr sustnci L tendenci trnsferir protones mrc l crcterístic ácid de un sustnci, mientrs que l de ceptrlos mrc l básic. Así, cundo el HCl se disuelve en gu, éste se comport como ácido cediendo un protón l gu que, de est mner, se comport como bse ceptándolo: H HCl (g) H O (l) H O (q) Cl (q) Ácido Bse

3 QUÍMICA º BACHILLERATO Recciones de trnsferenci de protones - - Los conceptos de ácido y bse son complementrios. L sustnci que ctú como ácido cediendo protones sólo puede hcerlo si se encuentr en presenci de otr especie que se cpz de ceptrlos. A su vez, un sustnci se comportrá como bse ceptndo protones si se encuentr nte otr especie que teng tendenci trnsferirlos. Alguns disoluciones cuoss de compuestos que ctún como ácidos o como bses presentn un conductividd eléctric mucho menor que l que deberín mostrr si tods sus moléculs se encontrsen disocids. Por ejemplo, en ls disoluciones cuoss del ácido cético (CH COOH), en ls que no tods sus moléculs se encuentrn disocids, se estblece el siguiente equilibrio dinámico: Como podemos observr, en l rección direct el ácido cético cede un protón l gu que se comport como un bse, mientrs que en l rección invers, es el ion hidronio, H O, quien se comport como ácido trnsfiriendo un protón l ion cetto que de est mner ctú como un bse. Al conjunto formdo por un ácido y un bse que sólo se diferencin en un protón, como es el cso del ácido cético y el ion cetto (CH COOH/CH COO ), se le denomin pr ácido/bse conjugdo: decimos que el ion cetto es l bse conjugd del ácido cético del mismo modo que el ion hidronio es el ácido conjugdo del gu cundo ést se comport como bse. En generl, si un especie (HA) se comport como un ácido trnsfiriendo un protón, l especie resultnte (A ) será su bse conjugd dquiriendo l cpcidd de cptr un protón. De igul form un especie (B), que se comporte como bse ceptndo un protón, se trnsformrá en otr (BH ), que será su ácido conjugdo, con cpcidd pr cederlo. De est form, l rección de neutrlizción consiste en l trnsferenci de un protón desde l sustnci que ctú como ácido l que lo hce como bse, dndo lugr l bse conjugd del ácido y l ácido conjugdo de l bse. En este tipo de recciones intervienen dos pres ácido/bse conjugdos. L teorí Brönsted-Lowry tmbién es cpz de explicr el crácter básico de sustncis que, como el monico, no podí interpretr l de Arrhenius: El comportmiento ácido o básico de ls sustncis no qued limitdo que ésts se encuentren en disolución cuos. Son válids pr culquier disolvente: Los hidróxidos, como lo ern pr Arrhenius, son bses de Brönsted-Lowry. Aunque no ceptn protones, se disocin produciendo iones OH que sí son cpces de cptrlos: NOH HA N OH HA N H O A AB.- Escribir l fórmul y nombrr ls bses conjugds de los siguientes ácidos: HBr, HSO y H O AB5.- Formulr y nombrr los ácido conjugdos de ls siguientes bses: Cl, HSO, H PO y CH NH H CH COOH (q) H O (l) H NH (q) H O (l) HCl (g) NH (g) NH Cl (s) AB6.-Completr ls siguientes recciones, indicndo el crácter ácido o básico de cd especie: ) NH H O b) H O H O c) NH NH d) H O CO H H O (q) CH COO (q) NH (q) OH (q) Bse1 Ácido Ácido1 Bse H Ácido 1 Ácido conjugdo Bse bse HA B A BH Bse conjugd ácido 1

4 QUÍMICA º BACHILLERATO Recciones de trnsferenci de protones - - En los ejemplos vistos nteriormente hemos podido comprobr como el gu puede presentr un doble comportmiento: en unos csos ctú como bse cptndo H (como cundo reccion con el HCl) y en otros como ácido cediéndolo (rección con el monico). A ls sustncis que, como el gu, se comportn uns veces como ácidos y otrs como bses se les denomin nfóteros o nfolitos. El ion hidrogenosulfuro (HS ) es un nfótero porque puede ctur: - como bse: HS H O H S H O - como ácido: HS NH NH S TEORÍA Arrhenius Brönsted-Lowry Ácido En gu, d H Cede H Bse En gu d OH Cpt H Neutrlizción H OH H O HA B A BH Disolvente Agu Culquier L teorí de Brönsted-Lowry, unque supuso un mplición de l de Arrhenius, no puede explicr el comportmiento de determindos compuestos que, unque no contienen hidrógeno se comportn como ácidos. G. Lewis mplió el concepto de ácido y bse desrrollndo un nuev teorí en términos de estructur electrónic, en l cul: - Ácido es tod sustnci que puede ceptr un pr de electrones pr formr un enlce covlente dtivo y - Bse es tod sustnci que es cpz de ceder un pr de electrones L rección de neutrlizción de un ácido y un bse Lewis consistirá, por tnto, en l formción de un enlce covlente coordindo. Ionizción del gu. Aunque ls recciones ácido-bse pueden producirse en culquier disolvente, centrremos nuestro estudio ls que, como en los seres vivos, trnscurren en medio cuoso. Experimentlmente se comprueb que, unque en pequeñ proporción, el gu conduce l corriente eléctric. Est propiedd implic l existenci de iones que, unque se en pequeñ cntidd, provienen del equilibrio de su propi ionizción. En l rección de utoionizción del gu, un pequeñ proporción de moléculs reccionn entre sí pr dr iones OH y H O ; uns moléculs ctún como ácido cediendo protones otrs, que se comportn como bses, estbleciéndose el siguiente equilibrio: H H O (l) H O (l) Pr este proceso l constnte de equilibrio dopt l form: k = H O (q) OH (q) [H O ].[OH ] [H O] Como l cntidd de moléculs de gu disocids es muy pequeñ, podemos considerr prácticmente constnte l [H O] y englobr el término [H O] con k. Representndo el término k.[h O] Vrición de k por k w, obtenemos l expresión: w con l tempertur K w = [H O ].[OH ] 0 ºC 1, El vlor de est constnte (K w ) recibe el nombre de producto iónico del 10 ºC, gu. Su vlor, que como l de culquier equilibrio vrí con l 0 ºC 6, tempertur, es , 5 ºC. En el equilibrio de utoionizción del gu, por cd ion H O formdo 0 ºC 1, ºC, se obtiene otro ion OH. Por lo tnto, en el gu pur, ls concentrciones molres de mbos iones serán igules y, teniendo en cuent el vlor de k w : K w = [H O ].[OH ] como [H O ] = [OH ] [H O ] = [H O ] = M - Ls disoluciones cuoss que cumplen est condición se denominn disoluciones neutrs. - Si l gu pur le ñdimos un sustnci que incremente l concentrción de iones H O,

5 QUÍMICA º BACHILLERATO Recciones de trnsferenci de protones el equilibrio de utoionizción del gu se desplzrá hci l izquierd. Pr lcnzr de nuevo el equilibrio, l concentrción de iones OH deberá disminuir logrndo, de es form, mntener constnte el producto iónico del gu. Ests disoluciones se denominn disoluciones ácids y en ells: 1 Jugos gástricos Zumo de limón Vingre Refresco de col Vino Nrnjs Tomte Lluvi ácid Orin humn Leche de vc Agu pur Sngre humn Huevos Agu del mr pur Bicrbonto Pst de dientes Leche de mgnesi Amonico csero ph de lguns sustncis comunes [H O ] > [OH ], es decir [H O ] > M y [OH ] < M - Si por el contrrio, dicionmos un sustnci que umente l concentrción de iones OH, obtendremos disoluciones básics. Siguiendo un rzonmiento nálogo l nterior: [OH ] > [H O ] [H O ] < M y [OH ] > M D. Neutr: [H O ] = M; D. Ácid: [H O ] > M; D. Básic: [H O ] < M Pr fcilitr los cálculos con los vlores de ls concentrciones de los iones H O y OH en ls disoluciones cuoss el químico dnés S. Sörensen introdujo, en 1909, el concepto de ph. Se define ph de un disolución como el logritmo deciml de l concentrción molr de los iones H O cmbido de signo: 1 ph = - log[h O ] = log [H O ] A prtir de est definición, tendremos, 5 ºC, que un disolución: - será neutr si su ph es igul 7 - será ácid si su ph < 7 - será básic si su ph > 7 De modo similr se puede hblr de poh, l que se define como: po H = - log[o H ] = log [O H ] Prtiendo del vlor de k w se cumple, 5 ºC, que: tomndo logritmos y cmbindo de signo: [H O ].[OH ] = , - log[h O ] - log[oh ] = 1 ph poh = 1 En l tbl djunt se puede observr el ph de lguns sustncis de uso cotidino. AB7.- Clcul el ph y poh de ls siguientes disoluciones: ) zumo de limón ([H O ]= M); b) limpidor monicl ([H O ]=1, M). Indic en cd cso si son ácids o básics. Sol:, y 11,7; 10,9 y,1 AB8.- El ph proximdo de ls lágrims es de 7,. Clcul ls [H O ] y [OH ] 1 Sol:.10-8 M,, M Ejemplo resuelto 1.- Clcul ls concentrciones de iones H O y OH en gu 0 ºC, sbiendo que, es tempertur, el ph es 6,77. Determin el producto iónico del gu 0 ºC De l definición de ph = - log[h O ] = 6,77 [H O ] = 10-6,77 [H O ] = 1, M Como en gu pur: H O (l) H O (q) OH (q) [H O ] = [OH ], [OH ] = 1, M Por lo que el producto iónico del gu 0 ºC será: K w = [H O ].[OH ] = (1, ) =, Fuerz de ácidos y bses. Según l teorí de Brönsted-Lowry un ácido es tod sustnci que tiene cpcidd de ceder protones y un bse de cptrlos. Un ácido será más fuerte cunto myor se su tendenci trnsferir protones, del mismo modo que un bse será tnto más fuerte cunto myor se su cpcidd de ceptrlos.

6 QUÍMICA º BACHILLERATO Recciones de trnsferenci de protones L cpcidd de un ácido pr ceder protones se encuentr influencid por l tendenci de l bse con l que reccion pr ceptrlos y vicevers. Hblremos, pues, de fuerz reltiv de ácidos y bses. Así, por ejemplo, el ácido cético se comport como un ácido débil con el gu mientrs que con l metilmin se comport como un ácido fuerte (Un ácido será fuerte cundo su bse conjugd presente un crácter menos básico que el disolvente) Pr estblecer un escl reltiv sobre l fortlez de ácidos y bses es necesrio determinr un sustnci de referenci. En ls disoluciones cuoss est sustnci es el gu. En ls disoluciones diluids l fuerz de un ácido (HA) estrá relciond con l tendenci de éste ceder protones l gu. Cunto más desplzdo hci l derech se encuentre el equilibrio HA (q) H O (l) A (q) H O (q) myor será l fortlez del ácido HA. L constnte de equilibrio pr este proceso viene dd por l expresión: [A ].[H O ] k = [H O].[HA] Como en ls disoluciones diluids, l concentrción del gu puede considerrse constnte, podemos englobrl en l k, obteniendo l ecución: k = k.[h O] = [A ].[H O ] [HA] donde k, que recibe el nombre de constnte de ionizción del ácido o constnte de cidez, nos informrá sobre l fortlez de un ácido. Cunto myor se k, myor será l frcción de moléculs de HA que se hbrán ionizdo cediendo un protón l gu y más fuerte será el ácido: - Ácidos como el clorhídrico, nítrico, perclórico que se encuentrn completmente ionizdos son ácidos fuertes: tienen un k muy elevd. - Los ácidos débiles, como el ácido cético, poseen un k pequeñ. Sólo un pequeñ frcción de sus moléculs reccionn con ls del gu; estos ácidos se encuentrn poco ionizdos existiendo un equilibrio entre ls moléculs no ionizds y los correspondientes iones Siendo l constnte de cidez, pr este equilibrio: k = H [CH COO ].[H O ] [CH COOH] = 1, ( 5 ºC) Otros ácidos débiles (Tbl 1) son el ácido nitroso, el ácido benzóico, ácido crbónico, hipobromoso que presentn constntes de cidez muy pequeñs. Es importnte distinguir entre ácido fuerte y ácido concentrdo: el HCl, que es un ácido fuerte, pueden encontrrse concentrdo (5 M) o diluido (0,05 M) mientrs que el ácido fosfórico, que es débil, puede encontrrse concentrdo (6 M) o diluido (0,01 M) Fuerz de los ácidos y su estructur. HNO (q) H O (l) H O (q) NO (q) H CH COOH (q) H O (l) H O (q) CH COO (q) Si comprmos l fortlez de distintos ácidos, en ls misms condiciones de concentrción y tempertur, ls diferencis que se encuentren estrán relcionds con sus estructurs moleculres. Cunto más fácil resulte romper el enlce entre el H y el resto de l molécul más fuerte será el ácido. Este enlce se encuentr polrizdo y l romperse, debido l trcción que sobre el H ejercen ls moléculs del disolvente, el elemento electronegtivo unido l H se quedrá con el

7 QUÍMICA º BACHILLERATO Recciones de trnsferenci de protones pr de electrones comprtido liberndo el átomo de H en form de H. Cunto más polrizdo se encuentre el enlce con el H, con myor fcilidd se cederá el H y myor será l fortlez del ácido - En los hidrácidos, el H se encuentr unido un elemento muy electronegtivo. El enlce con el H será más polr cunto más electronegtivo y de menor tmño se el elemento con el que se encuentre enlzdo. En orden creciente de cidez: HI < HBr < HCl - En los oxácidos, cunto myor se l tendenci del O unido l H de trer hci sí el pr de electrones comprtido, más polr será el enlce O-H y con myor fcilidd se desprenderá el H. El ácido será más fuerte. Cunto más electronegtivo se el conjunto formdo por el resto de l molécul unido l hidrógeno ácido, myor será l polridd del enlce O-H. Pr oxácidos con igul número de O l fortlez del ácido umentrá l hcerlo l electronegtivid del no metl y pr los formdos por un mismo no metl, l fuerz del ácido se incrementrá l hcerlo el número de átomos de O En orden creciente de cidez: ) H TeO < H SeO < H SO Ácidos polipróticos. b) HClO < HClO < HClO < HClO Son quellos cuys moléculs pueden ceder más de un protón. Los protones no se ceden todos l vez, sino que lo hcen en etps sucesivs. Cd un de ésts se crcteriz por un constnte de cidez diferente. Por ejemplo, el ácido fosfórico puede ceder tres protones, lo que drá lugr l existenci de tres equilibrios de ionizción consecutivos: 1 H PO (q) H O (l) H PO (q) H O (q) k 7, H PO (q) H O (l) H PO (q) H O (q) k 6,.10 - H PO (q) H O (l) PO (q) H O (q) k,.10 Ls constntes de cidez de los sucesivos procesos suelen ser cd vez más pequeñs, poniendo de mnifiesto que ls especies que se ionizn en ellos se comportn como ácidos cd vez más débiles. En el ejemplo visto sólo en l primer ionizción se producirán cntiddes precibles de iones H O En el cso del H SO l primer ionizción es totl comportándose como un ácido fuerte. Sin embrgo l especie HSO y se comport como un ácido débil (tbl1) siendo su ionizción prcil. H SO (q) H O (l) H SO (q) H O (q) H SO (q) H O (l) SO (q) H O (q) k 1,.10 1 Del mismo modo que ocurrí con los ácidos, l fortlez de un bse estrá relciond con l tendenci ceptr protones. Cunto más desplzdo hci l derech se encuentre el equilibrio B (q) H O (l) OH (q) BH (q) myor será l fortlez de l bse B. L constnte de equilibrio pr este proceso viene dd por l expresión: k = [OH ].[BH ] [H O].[B] Como en ls disoluciones diluids, l concentrción del gu puede considerrse constnte, podemos englobrl en l k, obteniendo l ecución: k = k.[h O] = b [OH ].[BH ] [B]

8 QUÍMICA º BACHILLERATO Recciones de trnsferenci de protones donde k b, que recibe el nombre de constnte de ionizción de l bse o constnte de bsicidd, nos informrá sobre l fortlez de un bse. Cunto myor se k b, myor será l frcción de moléculs de B hbrán cptdo protones del gu y más fuerte será l bse: - Bses como el NOH, KOH, C(OH), que se encuentrn completmente ionizds, son bses fuertes: tienen un k b muy elevd. En un disolución cuos de NOH este compuesto se encuentr totlmente ionizdo en N y OH. Es este último ion quien relmente se comport como bse, mientrs que el N ctú como mero espectdor: - Ls bses débiles, como el monico, poseen un k b pequeñ. Sólo un pequeñ frcción de sus moléculs reccionn con ls del gu; ests bses se encuentrn poco ionizds existiendo un equilibrio entre ls moléculs no ionizds y los correspondientes iones Siendo l constnte de bsicidd, pr este equilibrio: k = b H OH (q) H O (q) H O (l) H O (l) H NH (q) H O (l) [OH ].[NH ] [NH ] NH (q) OH (q) = 1, ( 5 ºC) Otrs bses débiles son lgunos de los derivdos del monico (mins) que presentn constntes de bsicidd muy pequeñs. Cálculo de ph en disoluciones de ácidos o bses Ejemplo resuelto.- A 100 ml de un disolución de HCl 0,1 M le ñdimos gu hst completr un volumen de medio litro cuál será el ph finl? Clculmos los moles de HCl presentes en l disolución finl, que serán los existentes en los 100 ml iniciles: A prtir de n mol M = n = M.V = 0,1.0,1l = 0,01 mol HCl V l n 0,01 m ol H C l En l disolución finl l [HCl] será: M = = = 0,0 M V 0,5 litros Como en gu el HCl ctú como un ácido fuerte, se encontrrá totlmente ionizdo (cd mol de HCl proporcionrá un mol de Cl y otro de H O ): ph = - log [H O ] = - log (0,0) = 1, (disolución muy ácid) HCl (q) H O (l) H O Cl (q) Molridd inicil 0,0 - - Vrición de molridd - 0,0 0,0 0,0 Molridd Finl - 0,0 0,0 Ejemplo resuelto.- Cuál será el ph de un disolución 0,5 molr de ácido cético? k =1, (Como l ionizción de un ácido o bse débil es un el proceso de equilibrio, los cálculos pr hllr concentrciones de ls especies presentes en él serán similres los vistos en l unidd de Equilibrio Químico) Como el ácido cético es un ácido débil, l disolverse en gu se estblecerá el siguiente equilibrio: CH COOH (q) H O (l) H O (q) CH COO (q) Por cd mol de ácido cético que reccion con gu se form un mol de iones cetto y otro de iones H O. Si denominmos por x los mol/litro de ácido que reccionn con gu y desprecimos los iones hidronio que proceden de l utoionizción del gu por ser un cntidd mucho menor que los que provienen de l ionizción del ácido:

9 QUÍMICA º BACHILLERATO Recciones de trnsferenci de protones CH COOH (q) H O (l) H O (q) CH COO (q) Molridd inicil 0, (*) Vrición de molridd x x x Molridd Finl 0,5 x x x (*) que proviene de l utoionizción del gu, y se consider desprecible excepto pr ácidos que proporcionn un concentrción de iones H O menor de 10-7 (ácidos muy débiles o muy poco concentrdos) Sustituyendo los vlores de ls concentrciones molres finles en l expresión de l constnte de equilibrio pr el ácido cético obtendremos: -5 k = 1,8.10 [C H C O O ].[H O ] (x ).(x ) [C H C O O H ] (0, 5 x ) Al trtrse de l ionizción de un ácido débil l concentrción, x, que se disoci es muy pequeñ y podemos proximr 0,5 x 0,5, de este modo l ecución resolver será: -5 x - 1,8.10 x =.10 m ol/litro 0, 5 Por lo que [H O ] = x =.10 - M, y de cuerdo con l definición de ph: ph = - log[h O ] = - log(.10 - ) =,5 Se puede comprobr que el vlor de x que se obtendrí sin relizr l proximción (, ) difiere muy poco del resultdo hlldo. Podemos dr por correct 0,5 x 0,5 puesto que.10 - <<0,5 Ejemplo resuelto.- Si el ph de un disolución de monico es de 11,8 cuál es su concentrción molr? K b (NH )=1, Qué concentrción deberí tener un disolución de NOH pr tener ese mismo ph? Como el monico es un bse débil, l disolverse en gu se estblecerá el siguiente equilibrio: NH (q) H O (l) NH (q) OH (q) Por cd mol de monico que reccion con gu se form un mol de iones monio y otro de iones OH. Si denominmos por x los mol/litro de NH que reccionn con gu y desprecimos los iones hidroxilo que proceden de l utoionizción del gu por ser un cntidd mucho menor que los que provienen de l ionizción de l bse: NH (q) H O (l) NH (q) OH (q) Molridd inicil c Vrición de molridd x x x Molridd Finl c x x x L expresión de l constnte de bsicidd pr este equilibrio será: [N H ].[O H ] -5 (x ).(x ) k = 1,8.10 (*) b [N H ] (c x ) Como ph poh = 1 11,8 poh = 1 poh =,5 = - log[oh ] [OH ] = 10 -,5 =, M = x Sustituyendo el vlor de x en l expresión de l constnte de equilibrio pr el monico (*) obtendremos: -5 (, 0.10 ) 1,8.10 c = 0,51 M (c, 0.10 ) El NOH es un bse fuerte que se encuentr totlmente disocid en gu: NOH N OH (cd mol de NOH drá un mol de OH ) Como poh = 1 11,8 = - log[[oh ] [OH ] =, M = [NOH] (l trtrse de un bse fuerte será necesri un concentrción mucho menor pr lcnzr un ph igul de básico que en el de l disolución de monico) Al igul que sucedí con los de los gses, los equilibrios de ácidos y bses pueden describirse medinte el grdo de disocición (α), que nos inform de cuál es l frcción que se disoci en estos compuestos: α = concentrción de ácido (o bse) que se disoci concentrción de ácido (o bse) inicil ;

10 QUÍMICA º BACHILLERATO Recciones de trnsferenci de protones frecuentemente se d el porcentje de disocición (α.100) A prtir de l definición: 0 < α < 1 y 0 % < porcentje de disocición < 100 %. Pr ácidos o bses fuertes α es prácticmente igul 1 (se encuentrn totlmente disocidos), mientrs que en los ácidos o bses débiles tom vlores mucho más pequeños. Ejemplo resuelto 5.- Clcul el grdo de disocición y ph de medio litro de un disolución que contiene,5 g de ácido fórmico (metnoico). k =1, El ácido fórmico es un ácido débil, por lo que l disolverse en gu se estblecerá el siguiente equilibrio: Clculmos l concentrción inicil del ácido fórmico: HCOOH (q) H O (l) H O (q) HCOO (q) n,5 g / 6 g.m ol M = [H C O O H ] = = 0,15 M V 0,5 litros Por cd mol de ácido que se disoci se form un mol de iones formito y otro de iones H O. Si denominmos por x los mol/litro de ácido que se disocin (desprecindo los iones hidronio que proceden de l utoionizción del gu por ser un cntidd mucho menor que los que provienen de l ionizción del ácido): Por definición: concentrción de ácido que se disoci x α = = x = 0,15.α concentrción de ácido inicil 0,15 Completndo nuestr tbl en función de α: HCOOH (q) H O () H O (q) HCOO (q) Molridd inicil 0,15 Vrición de molridd 0,15.α 0,15.α 0,15.α Molridd Finl 0,15 0,15.α 0,15. α 0,15.α Sustituyendo los vlores de ls concentrciones molres finles en l expresión de l constnte de equilibrio pr el ácido metnoico obtendremos: [H C O O ].[H O ] - (0,15. ).(0,15. ) 0,15. k = 1,8.10 = [H C O O H ] (0,15 0,15. ) (1 ) Al trtrse de un ácido débil el grdo de disocición, α, será muy pequeño y podemos proximr 1 α ecución resolver será: - - 1,8.10 = 0,15. α =,6.10 (,6 %) - L [H O ] = 0,15. α = 0,15., = 5, M, y de cuerdo con l definición de ph: ph = - log[h O ] = - log(5, ) =, De est mner l (Sin hcer l proximción de 1-α = α, el vlor del grdo de disocición hubiese sido de,.10 - y el ph obtenido de,9) AB9.- Preprmos un disolución disolviendo g de NOH en gu hst completr un volumen de medio litro cuál será su ph? Y si l disolución hubiese sido preprd con l mism ms pero utilizndo hidróxido de mgnesio? Sol: 1; 1,1 AB10- Indic, pso pso, cómo preprrís litros de disolución de HNO de ph = 1 prtiendo de: ) un disolución de ese ácido 0,5 M y b) uno comercil del 6 % de riquez y 1,5 g/ml de densidd. Sol: 0, l; 1,58 ml AB11.- Indic el ph de 50 ml de un disolución preprd disolviendo 60 mg de ácido cetilslicílico (ácido monoprótico que es el principio ctivo de l spirin) en gu. k (C 9 H 8 O )=, Sol:,7 AB1.- Clcul l concentrción molr de un disolución de ácido hipocloroso si éste se encuentr disocido en un %. (Consultr l Tbl 1) qué ph tendrá es disolución? Sol: 7, M; 5,8 Hst el momento en los equilibrios de ácidos y bses débiles hemos considerdo que los iones H O y OH procedín, exclusivmente de estos compuestos, desprecindo los resultntes de l utoionizción del gu. Sin embrgo, si tenemos un disolución cuos de un ácido (o un bse) en l que l [H O ] (o [OH ]) se menor que 10-7 M, hbremos de tener en cuent l contribución del gu.

11 QUÍMICA º BACHILLERATO Recciones de trnsferenci de protones Relción entre l fuerz de los ácidos y bses conjugdos. Si HA es un ácido débil, su equilibrio de disocición en gu HA (q) H O (l) A (q) H O (*) se encontrrá muy poco desplzdo hci l derech ; predominrá el proceso inverso, en el que A cptrá un protón, portándose como un bse fuerte. El mismo rzonmiento podemos plicr l cso de ls bses, pr llegr l conclusión de que: - Cunto más fuerte se un ácido (myor k ) ms débil será su bse conjugd y - cunto más débil se un bse (menor k b ) más fuerte será su ácido conjugdo. Se puede estblecer un dependenci entre ls fortlezs de los ácidos y sus bses conjugds prtir de l relción entre sus correspondientes constntes. En el equilibrio (*) l k pr el ácido HA, vendrá dd por l expresión: [A ].[H O ] k = (1) [AH] Donde A es su bse conjugd. Ést podrá reccionr con gu, cptndo un protón, estbleciéndose el equilibrio: A (q) H O HA (q) OH Siendo, entonces, el vlor de su constnte de bsicidd, k b, igul : Multiplicndo ls expresiones (1) y (): [AH].[OH ] k = () b [A ] [A ].[H O ] [AH].[OH ] b w k.k =. = [H O ].[OH ] = k [AH] [A ] k.k = k b w relción que nos permitirá conocer l constnte de cidez o bsicidd de un especie conocid l de su bse o ácido conjugdo. Fuerz reltiv de ácidos y bses Ls constntes de cidez (o bsicidd) nos vn permitir determinr en qué sentido se encontrrá desplzdo un equilibrio cundo en él prticipn especies que pueden ctur como ácidos o como bses. El siguiente equilibrio se encontrrá desplzdo en uno u otro sentido según l fortlez de ls sustncis presentes que ctún como ácido; en él pueden ctur como ácido el ion hidrogenocrbonto (rección hci l derech ) o el ácido cético (equilibrio hci l izquierd ) CH COO HCO CO CH COOH Bse 1 Ácido Bse Ácido 1 Como el CH COOH es más fuerte como ácido (Tbl 1) que el HCO el nterior equilibrio se encontrrá desplzdo hci l izquierd. Podemos comprobrlo clculndo l constnte de equilibrio: k e [CO ].[CH COOH] [CH COO ].[HCO ] Multiplicndo y dividiendo por [H O ], grupndo términos y sustituyendo los vlores de ls constntes de los ácidos que intervienen en el equilibrio: [H O ] [C O ].[H O ] [C H C O O H ] k (H C O ) k.. e [H O ] [H C O ] [C H C O O ].[H O ] k (C H C O O H ) -11 5,6.10 k = =,1.10 e -5 1,8.10-6

12 QUÍMICA º BACHILLERATO Recciones de trnsferenci de protones Cuyo vlor nos inform de que el equilibrio estudido se encontrrá muy poco desplzdo hci l derech. Un equilibrio ácido-bse se encontrrá desplzdo en el sentido en que el ácido más fuerte (el de myor vlor de k ) se el que ced el protón AB1.- A) Hci dónde se encontrrá desplzdo el siguiente equilibrio? (Tbl1) HSO HCO H CO SO B) Sbiendo que el siguiente equilibrio HCN ClO CN HClO se encuentr desplzdo hci l izquierd rzon si el ácido cinhídrico es más fuerte que el ácido hipocloroso. En Tbl 1 se indic que ls k del HClO, del HNO, del HCl, son muy grndes, es decir, se trt de ácidos fuertes que en gu se encuentrn completmente disocidos. Pero tienen todos ellos l mism fortlez? Prece rzonble pensr que debido su diferente estructur, no se sí. Como el gu se comport frente ellos como un bse fuerte reteniendo con intensidd el protón que le h cedido el ácido, todos ellos se encuentrn prácticmente disocidos. Pr estos ácidos el gu se comport como un disolvente niveldor. El uso de otro disolvente que tuviesen un comportmiento básico más débil que el gu (p.e. el metnol) nos permite diferencir entre ellos pudiéndolos clsificr en función de su diferente fortlez; decimos que el metnol ctú como un disolvente diferencidor pr estos ácidos. Hidrólisis Ls sles son compuestos iónicos que en gu se encuentrn totlmente disocids (electrolitos). Si bien se formn en ls recciones de neutrlizción de ácidos y bses, ls disoluciones obtenids no siempre son neutrs. Al medir el ph de un disolución de cetto de sodio, proveniente de l neutrlizción del ácido cético con el hidróxido de sodio, se observ que es myor de 7, mientrs que si preprmos otr disolución de cloruro de monio (formdo prtir de l rección entre el HCl y el NH ) el ph medido es inferior 7. L rzón de que ls disoluciones cuoss de lguns sles no sen neutrs es debido que lguno de los iones que provienen de l disocición de l sl reccion con el gu. Este tipo de recciones se denominn recciones de hidrólisis y consisten en l trnsferenci de protones entre el nión o ctión de l sl y el gu. (L plbr hidrólisis proviene de los términos griegos hidro, gu, y lisis, rotur) AB1.- Ls sles son electrolitos fuertes que en gu se encuentrn totlmente disocidos. Escribe ls correspondientes ecuciones de disocición de CS, CCl, LiCN, N CO, NH ClO, N SO, HCOOK, CH COON y Mg(HCOO) e indic el ácido y l bse de los que proceden. El hecho de que lguno de los iones procedentes de l disocición de l sl, reccione con el gu depende de l fortlez del ácido y bse de los que provienen. Vmos estudir, continución, el crácter ácido o básico que presentn ls disoluciones cuoss de lguns sles como consecuenci de ls recciones de lguno de sus iones constituyentes con el gu (recciones de hidrólisis) Hidrólisis de sl procedente de ácido fuerte y bse débil Al disolver en gu cloruro de monio, por trtrse de un electrolito fuerte, se disocirá completmente: NH Cl (s) H O NH (q) Cl (q) Vmos estudir qué sucede con cd uno de los dos iones presentes: - el ion cloruro (Cl ) por trtrse de l bse conjugd de un ácido fuerte, el HCl, será lo suficientemente débil como pr no reccionr con el gu mnteniéndose como tl en l disolución cuos - el ion monio, NH, que por ser el ácido conjugdo de un bse débil, el NH, presentrá l suficiente fortlez como pr ceder protones l gu, que se comportrá como un bse, experimentndo l rección de hidrólisis:

13 QUÍMICA º BACHILLERATO Recciones de trnsferenci de protones NH (q) H O (l) NH (q) H O (q) L presenci en l disolución cuos de iones H O le confiere un determindo crácter ácido, que dependerá del grdo de intensidd con el que se hy llevdo cbo l rección de hidrólisis. L expresión de l constnte de equilibrio pr l rección de hidrólisis (k h ) del ion monio, considerndo que l [H O] permnece, prácticmente, constnte es: h [N H ] k = [N H ].[H O ] Por ser el ion monio el ácido conjugdo del NH, podemos relcionr su constnte de hidrólisis (k h ) con l k b del monico. Si l nterior expresión l multiplicmos y dividimos por [OH ] y recordmos l definición de k w (producto iónico del gu), se obtiene: -1 [NH ].[H O ].[O H ] k w 10 h -5 [N H k ].[O H ] b 1,8.10 k = = = = 5,56.10 ( 5 ºC) Pr estos equilibrios se define el grdo de hidrólisis (α) como el cociente entre l cntidd de ion hidrolizdo y el inicilmente disuelto (el que proviene de l sl disuelt). -10 Ejemplo resuelto 6.- Se disuelven 6, g de NH Cl en gu y se complet hst obtener medio litro de disolución. Clcul el grdo de hidrólisis y el ph est disolución. K b (NH )= 1, Clculmos l concentrción inicil del cloruro de monio: NH Cl [NH Cl] = = = 0, M n V(litros) 6, g/5,5 g.mol 0,5 litros -1 El cloruro de monio en gu se disoci totlmente y, por cd mol disuelto, se obtendrán 1 mol de iones monio y otro de iones cloruro. Por lo tnto: H O NH Cl (s) NH (q) Cl (q) Molridd inicil 0, Molridd finl 0, 0, - El ion cloruro, por ser l bse conjugd de un ácido fuerte no sufrirá hidrólisis - Los iones monio experimentrán hidrólisis, pues son los ácidos conjugdos de un bse débil. NH (q) H O (l) H O (q) NH (q) Llmndo x l concentrción de ion monio que sufrirá hidrólisis, completmos l tbl: NH (q) H O (l) H O (q) NH (q) Molridd inicil 0, Vrición de molridd x x x Molridd finl 0, x x x Sustituyendo los vlores de ls concentrciones molres finles en l expresión de l constnte de hidrólisis del ion monio obtendremos: -1 w h -5 [N H ].[H O ] k x.x k = = = 5,56.10 [N H ] k 1,8.10 0, x b Como l k h es muy pequeñ, l cntidd que se hidroliz (x) se podrá desprecir frente 0, (0, x 0,). De est mner el vlor obtenido es x = 1, M El grdo de hidrólisis: C oncentrción de ion que se hidroliz 1, α = = =,8.10 (0,008 % ) C oncentrción de ion disuelto 0, -5 y el vlor del ph = log [H O ]=-log(1, ) =,9

14 QUÍMICA º BACHILLERATO Recciones de trnsferenci de protones Hidrólisis de sl procedente de ácido débil y bse fuerte Al disolver en gu cetto de sodio, por trtrse de un electrolito fuerte, se encontrrá completmente disocido: CH COON (s) H O CH COO (q) N (q) Vmos estudir qué sucede con cd uno de los dos iones presentes: - el ion sodio (N ), que proviene de l bse fuerte NOH, tiene muy poco crácter ácido por lo que no reccionrá con el gu (no drá lugr rección de hidrólisis) - el ion cetto, CH COO, que l ser l bse conjugd de un ácido débil, el CH COOH, presentrá l suficiente fortlez como pr cptr protones l gu, que se comportrá como un ácido, experimentndo l rección de hidrólisis: CH COO (q) H O (l) CH COOH (q) OH (q) L presenci en l disolución cuos de iones OH le confiere un determindo crácter básico, que dependerá del grdo de intensidd con el que el equilibrio de hidrólisis nterior se encuentre desplzdo hci l derech. L expresión de l constnte de equilibrio pr l rección de hidrólisis (k h ) del ion cetto, considerndo que l [H O] permnece, prácticmente, constnte es: k = h [CH COOH].[OH ] [CH COO ] Al ser el ion cetto l bse conjugd del CH COOH, podemos relcionr su constnte de hidrólisis (k h ) con l k del ácido cético. Si l nterior expresión l multiplicmos y dividimos por [H O ] y teniendo en cuent l definición de k w, obtendremos: -1 [CH COOH].[O H ].[H O ] k w 10 h -5 [CH C O O ].[H k O ] 1,8.10 k = = = = 5,56.10 ( 5 ºC) -10 Ejemplo resuelto 7.- Clcul l molridd de un disolución de cinuro de potsio, sbiendo que posee un ph de 10,6. Hll, tmbién, el grdo de hidrólisis del ion cinuro K (HCN)=.10-8 El KCN en gu se encuentr totlmente disocido; por cd mol disuelto, se obtendrán 1 mol de iones K y otro de iones CN -. Por lo tnto si l concentrción disuelt de KCN es C: - El ion potsio, que proviene de un bse fuerte (KOH) no sufrirá hidrólisis - Los iones cinuro experimentrán hidrólisis, pues son ls bses conjugds de un ácido débil: CN (q) H O (l) Siendo l expresión de l constnte de hidrólisis (k h ) HCN (q) OH (q) Llmndo x l concentrción de ion cinuro que sufrirá hidrólisis, completmos l tbl: Conocido el ph de l disolución (10,6), podremos conocer [OH ] = x: Como ph poh = 1 poh = 1 10,6 =,7 poh = log[oh ] H O KCN (s) K (q) CN (q) Molridd inicil C Molridd finl C C -1 [H C N ].[O H ] k w 10 h -8 k = = = =,.10 [C N ] k.10 CN (q) H O (l) HCN (q) OH (q) Molridd inicil C Vrición de molridd x x x Molridd finl C x x x [OH ] = 10 -,7 = 1, M = x -7

15 QUÍMICA º BACHILLERATO Recciones de trnsferenci de protones Sustituyendo este vlor en l expresión de l constnte de hidrólisis del ion cinuro: [H C N ].[O H ] -7 x.x (1,8.10 ) k =,.10 = [C N ] C x C 1,8.10 Resolviendo l ecución se obtiene pr C un vlor de 0,1 M - h - El grdo de hidrólisis: C oncentrción de ion que se hidroliz 1, α = = = 1,8.10 (0,18 % ) C oncentrción de ion disuelto 0,1 - Hidrólisis de sl procedente de ácido fuerte y bse fuerte Supongmos que preprmos un disolución de NCl en gu. Al trtrse de un electrolito fuerte, se encontrrá completmente disocido: HO NCl (s) N (q) Cl (q) - el ion sodio (N ), que proviene de l bse fuerte NOH, será débil por lo que no reccionrá con el gu (no drá lugr rección de hidrólisis) - el ion cloruro (Cl ) por trtrse de l bse conjugd de un ácido fuerte, el HCl, es demsido débil como pr reccionr con el gu. Ninguno de los iones procedentes de un sl de ácido y bse fuerte se hidrolizrá. El equilibrio de utoionizción del gu no se verá lterdo y l disolución será neutr, independientemente de l concentrción de l sl disuelt. Hidrólisis de sl procedente de ácido débil y bse débil Por trtrse de un electrolito fuerte el cinuro de monio se encontrrá totlmente disocido en gu: NH CN (s) H O CN (q) NH (q) - el ion cinuro reccionrá con gu por trtrse de l bse conjugd de un ácido débil: CN (q) H O (l) HCN (q) OH (q) - el ion monio, l ser el ácido conjugdo de un bse débil (monico), tmbién experimentrá l rección de hidrólisis: NH (q) H O (l) NH (q) H O (q) Como vemos, en ls disoluciones de ests sles tnto el nión como el ctión reccionn con gu dndo lugr ls correspondientes recciones de hidrólisis. L cidez o bsicidd de ls disoluciones resultntes dependerán del grdo de hidrólisis que experimente cd ion, es decir del vlor de ls constntes k del ácido del que proviene el nión y k b de l bse de l que procede el ctión. - Si k = k b k h (nión) = k h (ctión), l disolución será neutr (ph = 7) - Si k > k b k h (nión) < k h (ctión), l disolución será ácid (ph < 7) - Si k < k b k h (nión) > k h (ctión) l disolución será básic (ph > 7) En nuestro ejemplo (tbls 1 y ) como k (HCN)< k b (NH ), k h (CN ) > k b (NH ), y por tnto l disolución del NH CN será básic (ph > 7) AB15.- Justific, yudándote de ls tbls 1 y, l cidez o bsicidd de ls disoluciones obtenids l disolver, en gu, ls siguientes sles: cinuro de sodio (NCN), nitrto de potsio (KNO ), yoduro de monio (NH I), hipoclorito de litio (LiClO), cetto de monio (NH CH COO) y perclorto de metilmonio (CH NH ClO ). Escribe ls recciones de hidrólisis que en cd cso se hubiesen producido. AB16.- Disolvemos siguientes sles LiCN, CH COON, HCOOK y HSCs hst preprr disoluciones de concentrción 1 M. Utilizndo l Tbl1 clsifícls de menor myor ph justificndo tu decisión. AB17.- Clcul el ph y el grdo de hidrólisis de un disolución que hemos preprdo disolviendo 6,5 g de formito (metnoto) de clcio (C(HCOO) ) en gu hst tener 00 ml de disolución. Sol: 8,7; % AB18.- Hll l ms de cloruro de metilmonio (CH NH Cl) necesri pr preprr 50 ml de un disolución cuyo ph teng un vlor de 5,6 Sol:,67 g

16 QUÍMICA º BACHILLERATO Recciones de trnsferenci de protones Efecto del ion común L dición, un equilibrio ácido-bse, de un sustnci que porte lguno de los iones que intervienen en él, hrá que el sistem evolucione de mner que se minimice est dición (principio de Le Chtelier) lcnzándose un nuevo estdo de equilibrio. Est cción se denomin (como vimos en l unidd de recciones de precipitción) efecto del ion común. Vmos ver lgún ejemplo: Ejemplo resuelto 8.- Clcul el grdo de disocición y ph de l disolución obtenid mezclndo medio litro de un disolución 0,15 M de ácido fórmico (metnoico) y 100 ml de HNO 0,5 M. k (HCOOH) =1, El ácido fórmico es un ácido débil, por lo que l disolverse en gu se estblecerá el siguiente equilibrio: Ls cntiddes iniciles de mbos ácidos serán: n = M.V = 0,15 mol/litro.0,5 litros = 0,075 mol n HCOOH HNO HCOOH (q) H O (l) H O (q) HCOO (q) M.V = 0,5 mol/litro.0,1 litros = 0,05 m ol * El HNO por ser un ácido fuerte, se encontrrá totlmente disocido, por lo que : n = n = 0,05 m ol HNO HO Estudimos el equilibrio de ionizción del ácido fórmico. El volumen totl de l disolución será 0,5 l 0,1 l = 0,6 litros y denominndo por x el número de moles de HCOOH que se disocin en presenci del HNO : HCOOH (q) H O (l) H O (q) Sustituyendo los vlores de ls concentrciones molres finles en l expresión de l constnte de equilibrio pr el ácido metnoico obtendremos: 0, 05 x x. [HCOO ].[H O ] 0, 6 0, 6 - k = 1,8.10 [HCOOH] 0, 075 x 0, 6 Como el ácido fórmico se v encontrr mucho menos disocido en presenci del HNO que si se encontrse solo (su equilibrio de disocición se desplzrá hci l izquierd debido l efecto del ion común H O ) podremos desprecir x frente 0,075 y 0,05. L ecución resolver quedrá reducid : - (0, 05 0, 6).(x 0, 6) - 1,8.10 x = 1,6.10 m ol 0, 075 0, 6 (L resolución de l ecución originl proporcion un vlor de 1, mol pr l x, por lo que hemos de considerr corrects ls proximciones que hemos relizdo) HCOO (q) Moles iniciles 0,075 0,05 * Vrición de moles x x x Moles Finles 0,075 x 0,05 x x Molridd finl (0,075 x)/0,6 (0,05x)/0,6 x/0,6 El grdo de disocición: cntidd de ácido que se disoci 1, α = = =, ,16 % cntidd de ácido inicil 0,075 - (mucho menor) y el vlor del ph = log [H O ]= log[(0,051, )/0,6] = 1,08 Ejemplo resuelto 9.- Hll l vrición en el grdo de hidrólisis que se producirá cundo 1 litro de un disolución 0,0 M de cinuro de sodio se le ñde, sin que se produzc vrición de volumen, 0,1 g de hidróxido de sodio (Tbl 1) - Clculmos el grdo de hidrólisis del ion CN en l disolución de NCN. En gu, este compuesto se encontrrá totlmente disocido: H O NCN (s) N (q) CN (q) Por cd mol de NCN disuelto se obtendrá 1 mol de CN. Como este nión procede de un ácido débil (HCN), sufrirá hidrólisis: CN (q) H O (l) HCN (q) OH (q)

17 QUÍMICA º BACHILLERATO Recciones de trnsferenci de protones Siendo su constnte de hidrólisis (k h ) -1 [H C N ].[O H ] k w 10 k = = = h -8 [C N ] k.10-7 =,.10 y denominndo por x l concentrción de ion cinuro que sufrirá hidrólisis, completmos l tbl: CN (q) H O (l) HCN (q) OH (q) Molridd inicil 0,0 Vrición de molridd x x x Molridd finl 0,0 x x x Sustituyendo en l expresión de k h, proximndo 0,0 x = 0,0 y operndo: [H C N ].[O H ] -7 x.x -5 k =,.10 x = [O H ] = 8,16.10 M h [C N ] 0, 0 x concentrción de ion que se hidroliz 8, α = = =, ,08 % concentrción de ion inicil 0,0 Al ñdir 0,1 g de hidróxido de sodio (sin vrición de volumen): El NOH por ser un bse fuerte, se encontrrá totlmente disocid: NOH -5-1 * n = 1 g/0 g.mol = 0,05 mol = n Sustituyendo ls cntiddes de ls diferentes especies presentes en el equilibrio de hidrólisis del ion cinuro y denominn por y los moles de ion cinuro que sufrirán hidrólisis en presenci de iones OH -, completmos l tbl: CN (q) H O (l) HCN (q) OH (q) Moles iniciles 0,0 0,05 * Vrición de moles y y y Moles finles 0,0 y y 0,05 y Molridd finl (0,0 y)/1 y/1 (0,05y)/1 Sustituyendo en l expresión de k h, desprecindo y frente 0,0 y 0,05 y operndo: [H C N ].[O H ] -7 y.( y 0, 05) -7 k =,.10 y =,67.10 M h [C N ] 0, 0 y - OH concentrción de ion que se hidroliz, α = = = 1,.10 1,.10 % concentrción de ion inicil 0,0 Que es un vlor mucho menor que en l disolución inicil. Al ñdir un ion común (OH ) l disolución el equilibrio de hidrólisis se h desplzdo hci l izquierd disminuyendo de est mner α -7 AB19.- Rzon cómo se modificrá el ph de un disolución de ácido cinhídrico l que se le ñde: ) ácido clorhídrico, b) cinuro de potsio y c) cloruro de sodio. AB0.- Discute cómo fectrá l grdo de hidrólisis del ion cetto, en un disolución de cetto de sodio, el dicionr: ) hidróxido de sodio, b) cloruro de litio, c) cetto de potsio y d) ácido nítrico. AB1.-Hll l vrición en el grdo de disocición del ácido benzóico y en el ph de l disolución que se obtendrá l ñdir, 190 ml de dicho ácido 0,5 M: ) 10 ml de gu y b) 10 ml de HCl 0,1 M (Tbl 1) Sol: Δα(0,0 % y -0,9); ΔpH(0,01 y -0,18) Disoluciones mortigudors. Se denominn disoluciones mortigudors, reguldors o tmpón, quells que tienen l cpcidd de mntener el vlor del ph csi constnte ún después de l dición de pequeñs cntiddes de ácido o de bse. Muchos procesos industriles y biológicos requieren que el ph de l disolución cuos en el que se desrrolln, se mnteng dentro de un intervlo específico. Así, l sngre humn, por ejemplo, que se trt de un disolución cuos complej, debe mntener su ph entorno 7,; un cmbio de 0,6 uniddes podrí resultr mortl. Ls disoluciones mortigudors más comunes son ls formds por: Un ácido débil y un sl de dicho ácido débil con ctión no hidrolizble Un bse débil y un sl de es bse con un nión que no reccione con gu.

18 QUÍMICA º BACHILLERATO Recciones de trnsferenci de protones Un ejemplo de ls primers es l formd por un disolución de ácido cético y cetto de sodio (CH COOH/ CH COON), mientrs que del segundo tipo serí l formd por un mezcl de monico y cloruro de monio (NH /NH Cl) Disolución mortigudor de ácido débil y sl del ácido débil Antes de estudir el mecnismo por el que un disolución mortigudor regul el ph, vmos determinrlo. Si, en un disolución cuos, denominmos por C l concentrción inicil de un ácido débil (HA) y por C s l de un sl suy (BA), tendremos, por un prte, el equilibrio de ionizción del ácido, y por l otr l sl totlmente disocid: ) HA (q) H O A (q) H O b) BA (s) A (q) B [HA] 0 = C y [BA] 0 = C s = [A ] 0 = [B ] 0 Si llevmos estos vlores l expresión de l constnte de ionizción del ácido: [A ].[H O ] (C x ).x C x C s (*) s s C.[H O ] s k = = si k = [AH ] (C x ) C x C C expresión prtir de l cul podremos clculr el vlor del ph pr l disolución mortigudor. Ejemplo resuelto 10.- Clcul el ph de 1 litro de un disolución mortigudor que tiene un concentrción 0,1 M en ácido cético y 0,1 M en cetto de sodio El CH COON en gu se encuentr totlmente disocido; por cd mol disuelto, se obtendrán 1 mol de iones N y otro de iones CH COO. Por lo tnto si l concentrción disuelt de CH COON es 0,1 M: El ácido cético presentrá el siguiente equilibrio:. Sustituyendo en el equilibrio ) HA (q) H O(l) A (q) H O (q) Molridd inicil C C s Vrición de molridd x x x Molridd finl C x C s x x CH COOH (q) H O (l) CH COO (q) H O (q) Si denominmos por x l concentrción de ácido cético que se ionizrá, y teniendo presente que l concentrción inicil de iones cetto (procedentes de l sl) es 0,1 M (*), podremos completr l siguiente tbl: Sustituyendo estos vlores en l expresión de l constnte de disocición del ácido cético: [C H C O O ].[H O ] -5 (0,1x).x -5 (1) -5 k = = 1,8.10 1,8.10 x 1,8.10 [C H C O O H ] 0,1-x H O CH COON (s) (1) Puesto que l presenci inicil en el equilibrio de iones cetto, que provienen de l sl, hce que l cntidd ionizd del ácido cético se menor que si este ácido se encontrse como único soluto, podemos desprecir x frente 0,1, de form que: 0,1x = 0,1 y 0,1x = 0,1. (Sin hcer l proximción el resultdo de x es ) Como x = [H O ] = 1, ph = log[h O ]= log(1, ) =,7 N (q) CH COO (q) Molridd inicil 0,1 Molridd finl 0,1 0,1 (*) CH COOH (q) H O (l) CH COO (q) H O (q) Molridd inicil 0,1 0,1 (*) Vrición de molridd x x x Molridd finl 0,1 x 0,1 x x AB.- Clcul el ph de un disolución obtenid l mezclr 100 ml de benzoto de sodio 0,5 M con 00 ml de ácido benzóico 0,5 M Sol:,18

19 QUÍMICA º BACHILLERATO Recciones de trnsferenci de protones AB.- Clcul l ms de cetto de clcio monohidrtdo (C(CH COO).H O) que deberemos ñdir 100 ml de un disolución de ácido cético 0,5 M pr obtener un disolución mortigudor de ph igul,5 Sol:,5 g Cuál es el mecnismo por el qué un disolución mortigudor, HA/A, mntiene el ph prácticmente constnte nte l dición de pequeñs cntiddes de ácido o bse?. L cpcidd reguldor de ests disoluciones v depender de l proporción entre [HA] y [A ]. Al ñdir un ácido fuerte, los H O reccionrán con A, que es l bse conjugd de HA, regenerndo el ácido débil, mientrs que si se dicion un bse fuerte, ést se combinrá con el ácido débil, HA, produciendo iones A ; de este modo se contrrrestrá l dición de pequeñs cntiddes de ácido o bse. Mientrs no se goten los componentes de l disolución mortigudor (HA y A ), l dición de ácido o bse no producirá vriciones importntes de ph. H O H O HA DISOLUCIÓN AMORTIGUADORA A OH H O Ejemplo resuelto 11.- Determin l vrición de ph que se produce cundo, 1 litro de un disolución mortigudor que es 0,1 M en ácido cético y 0,1 M en cetto de sodio se le ñde: ) 10 ml de HCl 0,1 M y b) 10 ml de NOH 0,1 M. El ph de l disolución mortigudor es, como hemos clculdo en el ejemplo resuelto nterior, de,7. En ell l sl se encuentr totlmente disocid () y el ácido experimente su equilibrio de ionizción (b): H O () CH COON (s) N (q) CH COO (q) (b) CH COOH (q) H O (l) CH COO (q) H O (q) ) Ls cntiddes iniciles de CH COO y de CH COOH son: n = M.V = 0,1.1 = 0,1 mol y n = M.V = 0,1.1 = 0,1 mol - CH COO CH COOH y l cntidd de ácido HCl ñdid es: n HCl = M.V = 0,1 M. 0,01 litro = mol HCl, que reccionrán con mol de l bse del equilibrio (CH COO ) pr formr mol de ácido cético. Por lo tnto ls cntiddes presentes después de est rección de neutrlizción serán: CH COO (q) HCl (q) CH COOH (q) Cl (q) Moles iniciles 0,1 10-0,1 Vrición de moles Moles finles 0, , Llevndo estos vlores l equilibrio de disocición del ácido cético, llmndo x l nuev cntidd de ácido que se disoci y teniendo en cuent que el volumen finl de l disolución será 1 l 0,01 l = 1,01 litros: Sustituyendo estos vlores en l expresión de l constnte de disocición del ácido cético y proximndo 0,099x y 0,101 x 0,099 y 0,101 respectivmente: [C H C O O ].[H O ] -5 (0,099/1,01).(x/1,01) -5-5 k = = 1,8.10 1,8.10 x 1,85.10 m ol [C H C O O H ] (0,101/1,01) Como [H O ] = x/1,01 = 1, mol/1,01 litros= 1, ph = log[h O ]= log(1, ) =,7 Por lo que ΔpH =,7,7 = 0,01 CH COOH (q) H O (l) CH COO (q) H O (q) Moles iniciles 0,101 0,099 Vrición de moles x x x Moles finles 0,101 - x 0,099 x x Molridd finl (0,101 x)/1,01 (0,099x)/1,01 x/10,1 b) L cntidd de hidróxido ñdid es n NOH = M.V = 0,1 M. 0,01 litro = mol NOH, que reccionrán con mol de ácido cético (CH COOH) pr formr mol de cetto de sodio que se encontrrá totlmente ionizdo en iones cetto e iones sodio. Ls cntiddes presentes después de est nuev neutrlizción serán: