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Equilibrio : acido – base débiles
Para un ácido genérico HA en disolución se produce la reacción reversible .
HA + H2O A- (ac) + H3O+
(ac)
Ka < 1, la constante de disociación o acidez del ácido vendrá dada por:
Ka = H3O+ eq A- eq
HA eq
Y la expresión del % de ionización es: si es muy débil %i < 5% % = H3O+ eq * 100 HA inicial
Si el ácido es fuerte, su tendencia a ceder
protones desplazará considerablemente el equilibrio hacia la derecha y la disociación será prácticamente total, lo que se reflejará en un valor elevado de Ka.
Sí : Ka >>> 1 Acido fuerte ()
Ka <<< 1 Acido débil ()
[A–] [H+]
[H+][A–]
[HA][HA]
Ácido fuerte
[HA]
Ácido débil
Análogamente se tendrá para una base genérica B:
B + H2O BH+ (ac) + OH- (ac)
Kb < 1 la constante de disociación o constante de basicidad será, en este caso
Kb = BH+ eq OH- eq
B eq
Y la expresión del % de ionización es: Si el % i < 5% es muy débil % = OH- eq * 100 B inicial
Si, la base es fuerte el equilibrio estará desplazado hacia la derecha y, por tanto, mayor será la fuerza de la base o su capacidad para captar protones y convertirse en BH+.
Sí : Kb >>> 1 Base fuerte ()
Kb <<< 1 Base débil ()
Ácidos débiles:Ácidos débiles: Se disocian parcialmente en agua. Muchos Se disocian parcialmente en agua. Muchos
ácidos son débilesácidos son débiles..
HCHC22HH33OO22 (aq) (aq) + H+ H22OO(l)(l) HH33OO++(aq)(aq) + C + C22HH33OO22
--(aq)(aq)
Fuerza de los ácidos y las bases
Fuerza de los ácidos y las bases
Ácidos débiles:
Acidos débilesAcidos débiles
Fuerza de los ácidos y las bases
CONSTANTES DE IONIZACIÓN DE ACIDOS
DÉBILES A 25°C
Nombre Fórmula Ka
Ácido acético CH3COOH 1,8 10-5
Ácido benzoico H(C7H5O2) 6,3 10-5
Ácido bórico H3BO3 5,9 10-10
Ácido cianhídrico HCN 4,9 10-10 + débil
Ácido fluorhídrico HF 6,8 10-4 + fuerte
Ácido fórmico HCOOH 1,7 10-4
Ácido hipocloroso HClO 3,5 10-8
Ácido nitroso HNO2 4,5 10-4
Recordemos que cuanto menor sea el valor de Ka, más
débil será el ácido.
Para valores de Ka/ [HA]i 10 -4 el valor de x es despreciable.
Muchos ácidos débiles orgánicos son compuestos
formados por C , H y O. En general, los átomos de H unidos al carbono no se ionizan en medio acuoso.
Los H ionizables están unidos al O. RCOOH
CH3CO2H + H2O CH3CO2- + H3O+
Kc= [CH3CO2H][H2O]
[CH3CO2-][H3O+]
Ka= Kc[H2O] = = 1.8x10-5
[CH3CO2H]
[CH3CO2-][H3O+]
baseacidoácido
conjugado base
conjugada
Constante de ionización de un ácidoConstante de ionización de un ácido
Fuerza de los ácidos y las bases
Grado de disociación de un ácidoGrado de disociación de un ácido
Fuerza de los ácidos y las bases
Grado de ionización =[H3O+] eq
[HA] inicial
Porcentaje de ionización Porcentaje de ionización HA + H2O H3O+ + A-
% de ionizacion =[H3O+] eq
[HA] inicial x 100%
Cálculo en disoluciones de ácidos débiles
Ejemplo.Calcular el pH, la concentración de todas las
especies y el % de ionización de una disolución que es 0.10
M en ácido acético (HAc). Ka = 1.8 x 10 -5.
CH3 COOH (ac) + H2O(l) CH3 COO- (ac) + H3O +(ac)
inicial 0,1 ----- 0 0
cambio - X ----- + X + X
equilibrio 0,1 - X ----- X X
Rta: a ) Primero debes escribir la ecc. Química que representa la reacción del ácido en agua. Luego escribe las concentraciones iniciales , en este caso del àcido, como no sabes cuanto reacciona del ácido dale una concentración de cambio de - X (por consumirse ) al ácido y de + X a los productos ya que estos se forman en la reacción, luego determina las concentraciones en el equilibrio, según la siguiente tabla: Para calcular la concentración de todas las especies:1º
Como tenemos la formación de H3O +, debemos esperar que el pH sea ácido, o sea la
[H3O+] [HO- ]
2º Reemplazando las concentraciones en la expresión de la constante de equilibrio de acidez tenemos:Ka = H3O + CH3 COO- CH3 COOH Ka = X
* X
0,1 - X como es Ka / CH3 COOH = 1,8 10-4 eso indica que es un ácido débil entonces el
porcentaje de ionización es muy bajo y el valor de X muy pequeño y por ende despreciable frente al valor de concentración inicial del ácido que es 0,1 M, entonces la X de 0,1 - X se hace cero . X = 0 y así la expresión queda reducida a:Ka = X
* X
0,1
Despejando X queda X 2 = Ka * 0,1 M _________ X = ka * 0,1 M = _______________ X = 1,8 10-5 * 0,1 M = 1,34 * 10 – 3 M
3º Con este valor ya sabemos las concentraciones de todas las especies porque de acuerdo a lo indicado en nuestra tabla tenemos que:
H3O + = X = 1,34* 10 – 3 M
CH3 COO- = X = 1,34 * 10 – 3 M CH3 COO- = 0,1 M – X = 0,1M – 1,34 * 10 – 3 M = 0,0987 M
4º Ahora de la presencia del agua y su correspondiente equilibrio se puede calcular la concentración de [HO- ] .
de : Kw = [H3O+] [HO- ]
despejando [HO- ] = Kw como Kw = 1,00 x 10-14 [H3O
+]
entonces: [HO- ] = 1,00 x 10-14 = 7,49 x 10- 12 M. 1,34 * 10 - 3
[HO- ] = 7,49 x 10- 12 M.
5º Para calcular el pH y el pOH : de H3O
+ = 1,34 * 10 – 3 M reemplazando en pH = - log[H3O+] ¸ pH = - log 1,34 * 10 – 3 ;
pH = 2,87 de [HO- ] = 7,49 x 10- 12 M reemplazando en pOH = - log [OH- ] = - log 7,49 x 10- 12 M ; pOH = 11,13ó bien se pudo obtener de : 14 = pH + pOH como se había calculado el pH al reemplazar este valor en:pOH = 14 – pH entonces pOH = 14 – 2,87 es decir pOH = 11,13
6º El porcentaje de ionización es:% = X * 100 HA inicial
O sea: % = 1,34 * 10 – 3 * 100 = 1,34 % 0,1Las respuestas son : H3O + = 1,34 * 10 – 3 M
NO2- = 1,34 * 10 – 3 M
HNO2 = 0,1 - 1,34 * 10 – 3 = 0,0986 M
[HO- ] = 1,46 x 10- 12 M.pH = 2,17 , pOH = 11,83 y finalmente el % ionización = 1,34 %
NH3 + H2O NH4+ + OH-
Kc= [NH3][H2O]
[NH4+][OH-]
Kb= Kc[H2O] = [NH3]
[NH4+][OH-]
= 1.8x10-5
base acidoacido
conjugado
base conjugada
Fuerza de los ácidos y las bases
Constante de ionización de una baseConstante de ionización de una base
Valores de KValores de Kaa y K y Kb b para ácidos y bases débiles:para ácidos y bases débiles:
- Son siempre valores menor que 1
- Un ácido con una mayor Ka es más fuerte que otro cuya Ka sea menor.
- Una base con una mayor Kb es más fuerte que otra cuya Kb sea menor.
Fuerza de los ácidos y las bases
Bases débiles:
Constantes de disociación de bases debiles
Nombre Fórmula Kb
Amoniaco NH3 1,8 * 10-5
Etilamina C 2H5NH2 6,4 * 10- 4
Dimetilamina (CH3)2 NH 5,4 * 10- 4
Anilina C6H5NH2 4,3 * 10-10
Hidracina H2NNH2 1,3 * 10- 6
Piridina C5H5N 1,7 * 10- 9
Bases débiles: Bases débiles: Se disocian parcialmente en agua. Se disocian parcialmente en agua.
NHNH3 (aq)3 (aq) + H + H22OO(l)(l) NH NH44++ (aq) (aq)+ OH+ OH--
(aq) (aq)
Fuerza de los ácidos y las bases
Cálculos en disoluciones de bases débiles
1. En la etiqueta de un blanqueador amoniacal
dice pH 11,5 de acuerdo a esta información
, calcule la Concentración de todas las especies, el
pOH y el % de ionización, una vez alcanzado el
equilibrio. Kb = 1,8 * 10-5
Rta:Siguiendo las mismas instrucciones que en la pregunta anterior obtendrás las respuestas para la pregunta .b ) Primero debes escribir la ecc. Química que representa la reacción
de la base en agua. Luego escribe las concentraciones iniciales , en este caso de la base, como no sabes cuanto reacciona de la base dale una concentración de cambio de - X (por consumirse ) a la base y de + X a los productos ya que estos se forman en la reacción, luego determina las concentraciones en el equilibrio, según la siguiente tabla:
1º Para calcular la concentración de todas las especies:
B (ac) + H2O(l) HB+ (ac) + OH - (ac) inicial M ----- 0 0
cambio - X ----- + X + X
equilibrio M - X ----- X X
Como tenemos la formación de OH -, debemos esperar que el pH sea básico, o sea la [HO- ] [H3O+]
2º Reemplazando las concentraciones en la expresión de la constante de equilibrio de basicidad tenemos: Kb = OH -
BH+ B Kb = X
* X M - X Como el pH = 11,5 entonces pOH = 14 – pH = 14 – 11,5 = 2,5 OH - = 3,16 * 10 – 3 M = x
Se despeja MM = ( x2 /Kb ) + x = ( (3,16 * 10 – 3 M )2 / 1,8 10- 5 ) + 3,16 * 10 – 3 M = 0,56 M
3º El porcentaje de ionización es:% = X * 100 en donde B inicial = concentración inicial de la base
B inicial
O sea: % = 3,16 * 10 – 3 * 100 = 0,56 % 0,56Las respuestas son :[HO- ] = 3,16 * 10 – 3 M BH+ = 3,16 * 10 – 3 M
B = 0,56 M - 3,16 * 10 – 3 M =0,557 M H3O + = 3,16 x 10- 12 M.
pH = 11,5 pOH = 2,5% ionización = 0,56 %
Relación entre Ka y Kb
NH4+ + H2O NH3 + H3O+
baseacido
CH3CO2- + H2O CH3CO2H + OH-
base acido
[NH3] [H3O+] [OH-] Ka=
[NH4+] [OH-]
[NH3] [H3O+] Ka=
[NH4+]
= ?
=KW
Kb
= 1.0x10-14
1.8x10-5
= 5.6x10-10
Ka Kb = Kw
Fuerza de los ácidos y las bases
H3PO4 + H2O H3O+ + H2PO4-
H2PO4- + H2O H3O+ + HPO4
2-
HPO42- + H2O H3O+ + PO4
3-
Ácido fosfórico: Un ácido triprótico.
Ka = 7.1x10-3
Ka = 6.3x10-8
Ka = 4.2x10-13
Fuerza de los ácidos y las bases
Ácidos polipróticos
H2SO4 + H2O H3O+ + HSO4-
HSO4- + H2O H3O+ + SO4
2-
Ka = muy grande
Ka = 1.96
Ácido sulfúrico: Un ácido diprótico.
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