Reacciones Ácido Base

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

Contenido: 1. Hidrólisis 2. Solución Amortiguadora (Buffer) 3. Indicadores 4. Valoración ácido - base sacce Prof. Sergio Casas-Cordero E. 2

HIDRÓLISIS: reacción con el agua de un anión o de un catión proveniente de un ED. Comportamiento ácido base de las sales Neutras Ácidas Básicas Cómo determinarlo de forma cualitativa? 1. Disociar la sal en sus iones 2. Identificar su procedencia 3. Determinar cuáles se pueden hidrolizar 4. Plantear y analizar el equilibrio de hidrólisis Prof. Sergio Casas-Cordero E. 3

Recordar que una sal se forma por un catión y un anión Una sal se forma como producto de una reacción de neutralización HA(ac) + MOH(ac) MA(ac) + H 2 O(l) ácido base hidrólisis ph AF BF No Neutro AF BD Si Ácido AD BF Si Básico AD BD Si Depende de Keq Prof. Sergio Casas-Cordero E. 4

El proceso de Hidrólisis es reversible La constante de equilibrio, se conoce como constante de Hidrólisis, Kh. Kh se obtiene desde el valor de Kw: Kw = Ka x Kb Si la Hidrólisis es ácida, Kh es equivalente a Ka Si la Hidrólisis es básica, Kh es equivalente a Kb Kh Kh Ka Kb Kw Kb Kw Ka Prof. Sergio Casas-Cordero E. 5

Sales procedentes de ácido fuerte y base fuerte [ej.: NaCl, KCl, NaNO 3 ] NaCl(s) Na 1+ (ac) + Cl 1. (ac) Procede de la BF, NaOH No se hidroliza Procede del AF, HCl, No se hidroliza Conclusión: se obtiene una solución neutra Prof. Sergio Casas-Cordero E. 6

Sales procedentes de ácido fuerte y base débil [ej.: NH 4 Cl] Procede del AF, HCl. No se hidroliza NH 4 Cl(s) NH 4 1+ (ac) + Cl 1- (ac) Procede de la BD, NH 3. Se hidroliza NH 4 1+ (ac) + H 2 O(l) NH 3 (ac) + H 3 O 1+ (ac) K h [NH3 ][H O [NH ] 3 1 4 1 ] K a ( NH 1 4 ) K b Kw ( NH Conclusión: se obtiene una solución ácida 3 ) Prof. Sergio Casas-Cordero E. 7

Sales procedentes de ácido débil y base fuerte [ej.: CH 3 COONa] Procede de la BF, NaOH. No se hidroliza CH 3 COONa(s) CH 3 COO 1- (ac) + Na 1+ (ac) Procede del AD, CH 3 COOH. Se hidroliza K CH 3 COO 1- (ac) + H 2 O (l) CH 3 COOH(ac) + OH 1- (ac) h [CH3COOH][OH 1 [CH COO ] 3 1 ] K b ( CH COO 3 1 ) K a Kw ( CH COOH) Conclusión: se obtiene una solución básica 3 Prof. Sergio Casas-Cordero E. 8

Sales procedentes de ácido débil y base débil [p.ej.: NH 4 CN] Procede de un ácido débil (HCN). Se hidroliza NH 4 CN(s) NH 4 1+ (ac) + CN 1- (ac) Procede de una base débil (NH 3 ). Se hidroliza Si K h (catión) > K h (anión) Disolución ácida Si K h (catión) < K h (anión) Disolución básica Si K h (catión) = K h (anión) Disolución neutra [Para el NH 4 CN: disolución básica] Prof. Sergio Casas-Cordero E. 9

Ejercicio: Cuál es el ph de una solución 0,1 M de Nitrito de Sodio, NaNO 2? La disociación corresponde a: NaNO 2 (ac) Na 1+ (ac) + NO 2 1- (ac) El anión Nitrito, NO 2 1-, corresponde a la base conjugada del ácido nitroso, HNO 2. El ácido nitroso, HNO 2, es un ácido débil cuya Ka = 5,01x10-4 HNO 2 NO 2 1- (ac) + H 1+ (ac) Experimenta hidrólisis básica: NO 2 1- (ac) + H 2 O(l) HNO 2 (ac) + OH 1- (ac) Kh Kb Kw Ka Kh -14 1x10 5,01x10-4 -11 Kh 2x10 Prof. Sergio Casas-Cordero E. 10

Probando si cumple con Ci criterio de aproximación: 1000 0,1 9 Kb 5,01x10-11 2x10 x - OH 1 2x10-11 x 0,1 1- OH 141x10, -6 poh = - log [OH 1- ] = - log [1,41x10-6 ] poh = 5,85 ph = 14 - poh sacce ph = 14 5,85 = 8,15 ph = 8,15 Prof. Sergio Casas-Cordero E. 11

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Soluciones amortiguadoras (tampón) Son soluciones que mantienen un ph aproximadamente constante cuando se agregan pequeñas cantidades de ácido o base o cuando se diluyen. Se pueden componer de Cantidades sustanciales de: - un ácido débil y de su base conjugada - una base débil y su ácido conjugado (p.ej.: CH 3 COOH/CH 3 COONa) Prof. Sergio Casas-Cordero E. 13

HA (ac) H 1+ (ac) + A 1- (ac) K a 1 [A ][H [HA] 1 ] ; [H 1 ] K a [HA] 1 [A ] ; ph pk a 1 [A ] log [HA] Si al equilibrio le añado, p.ej., un ácido, se desplazará a la izquierda, disminuirá el cociente [A 1- ]/[HA] y el ph bajará. Pero si la cantidad añadida es pequeña comparada con las cantidades (grandes) que hay de A 1- y HA, el cociente cambiará muy poco y el ph apenas se modificará. Prof. Sergio Casas-Cordero E. 14

ph pka log base ácido Ecuación de Henderson-Hasselbalch Capacidad amortiguadora: Cantidad de ácido o base que se puede agregar a un tampón antes de que el ph comience a cambiar de modo apreciable. Su máximo se logra cuando el ph se iguala al valor de pka, es decir cuando [base] = [ácido] Prof. Sergio Casas-Cordero E. 15

Lawrence Joseph Henderson (1878-1942) Karl Albert Hasselbalch (1874-1962) Prof. Sergio Casas-Cordero E. 16

LOS INDICADORES Son compuestos orgánicos de tipo ácidos o bases débiles cuyas formas ácido/base conjugadas presentan colores diferentes. HInd (ac) Color A K a H 1+ (ac) + Ind - (ac) (HInd) [Ind ][H [HInd] 1 ] Color B sacce Cuando a una disolución le añadimos un indicador, estarán presentes las dos especies HInd e Ind -. Prof. Sergio Casas-Cordero E. 18

Intervalos de viraje de indicadores Prof. Sergio Casas-Cordero E. 19

valoración ácido-base Se conoce también como; volumetría ácido-base, titulación ácido-base o valoración de neutralización. Es una técnica o método de análisis cuantitativo, que permite conocer la concentración desconocida de una disolución de una sustancia que pueda actuar como ácido o base, neutralizándolo con una base o ácido de concentración conocida. Prof. Sergio Casas-Cordero E. 21

Materiales utilizados: Soporte Universal Pinza para Bureta Bureta Agente valorante (solución de concentración conocida) Matraz de Erlenmeyer Alícuota de muestra problema (solución de concentración desconocida) Indicador Prof. Sergio Casas-Cordero E. 22

Curva de valoración: Representación del ph en función del volumen añadido de valorante Sirve para detectar el punto de equivalencia El punto de equivalencia o punto estequiométrico, corresponde al momento exacto en que se ha añadido el volumen necesario para la total reacción de los moles de la muestra. En los procedimientos experimentales, no es posible observar el punto estequiométrico, sólo puede observarse el punto final. El punto final, se logra observar cuando cambia de color el indicador utilizado, Prof. Sergio Casas-Cordero E. 23

Punto de equivalencia Prof. Sergio Casas-Cordero E. 24

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Ejemplo: Valoración de disolución de ácido clorhídrico, empleando hidróxido de sodio como sustancia valorante, y un ph-metro para detectar el punto final. Prof. Sergio Casas-Cordero E. 26

Cuál es el ph del punto de equivalencia? Si se valora: Un ácido fuerte con una base fuerte, se tendrá ph = 7 Un ácido débil con una base fuerte, se tendrá ph > 7 Una base débil con un ácido fuerte, se tendrá ph < 7 Prof. Sergio Casas-Cordero E. 28

Intervalo de viraje de diversos indicadores valoración de un ácido fuerte con una base fuerte Prof. Sergio Casas-Cordero E. 29

Curva de valoración de una base fuerte con un ácido fuerte: Prof. Sergio Casas-Cordero E. 30

Curva de valoración de un ácido débil con una base fuerte: Prof. Sergio Casas-Cordero E. 31

Curva de valoración de un ácido diprótico con una base fuerte: Prof. Sergio Casas-Cordero E. 32

Ejercicio: Cuál será la pureza de una sal de acetato de sodio, CH 3 COONa, expresada como % m/m, si al valorar 0,50 g de muestra con ácido clorhídrico, HCl, 0,10 M, se logra el punto final con ayuda del indicador Verde de Bromo Cresol, cuando se han añadido 12,5 ml de solución valorante? Prof. Sergio Casas-Cordero E. 33

CH 3 COONa + HCl NaCl + CH 3 COOH Ordenando los datos: masa de muestra = 0,50 g [HCl] = 0,10 M = 0,10 mol/l V HCl = 12,5 ml = 0,0125 L Calculamos los moles de HCl Cmolar n Cmolarx n V V n 0,10 Calculamos los moles de CH 3 COONa mol L x 0,0125L 1,25x10 1molCH3COONa 1molHCl -3 molde HCl x 3 1,25x10 molhcl x 1,25x10 3 moldech3coona Prof. Sergio Casas-Cordero E. 34

x 1,25x10 3 moldech3coona Calculamos la masa de CH 3 COONa MM CH 3 COONa = 82,0 g/mol 82g 1mol x 1,25x10 Calculamos la pureza x 3 mol 0,1025g de CH3COONa 0,50 g demuestra 0,1025g dech COONa 3 x 100% x 20,5%m/mdepureza sacce Prof. Sergio Casas-Cordero E. 35