02 Acidos Bases Sales v2 PDF

QUMICA IING. E. RAL MORALES MUOZ MSc.

TEMAS:

INTRODUCCINESTEQUIOMETRAESTADO LQUIDOSOLUCIONESCIDOS, BASES Y SALESTERMOQUMICAELECTROQUMICA

6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 1

CIDOS, BASES Y SALES.Fuente: Fundamentos de Qumica General. Ing. Luis Escobar.

GENERALIDADES. Muchas sustancias utilizadas en la industria contienen con frecuencia cidos y bases. Tambin son producidos por los organismos vivos.Los cidos, bases y sales han sido usados para varios fines. Los alquimistas los clasificaron por su sabor.La palabra cido proviene del latn acidus que significa agrio. Todas las sustancias de sabor agrio son cidas. Las sustancias qumicas que tienen sabor amargo se dice que son bsicas o alcalinas.


CIDOS

Posteriormente, se reconoci a los cidos por ser sustancias que, en solucin acuosa, tienen las siguientes propiedades:a) Son de sabor agrio, si se los diluye lo suficiente para poder probarlos.b) Hacen que el papel indicador tornasol, que contiene un colorante extrado de algunos lquenes, cambie de color, de azul a rojo.


CIDOSc) Reaccionan con los metales activos como el Magnesio Mg, Zinc Zn y Hierro Fe produciendo Hidrgeno gaseoso.d) Reaccionan con los Carbonatos y Bicarbonatos, formando Anhdrido Carbnico.e) Reaccionan con las bases formando sales y Agua.f) Conducen la corriente elctrica, es decir son electrolitos si contienen iones libres.


BASES, LCALIS O HIDRXIDOS.

En cambio, a las bases se reconoci porque en Solucin acuosa presentan las siguientes propiedades :a) Tienen sabor amargo.b) Son untuosas (resbalosas o jabonosas) al tacto.c) Hacen que el papel indicador tornasol cambie de color rojo a azul.d) Reaccionan con los cidos formando sales y Agua.e) Conducen la corriente elctrica, o sea son electrolitos al formar iones libres.


CIDOS, BASES Y SALESA continuacin se muestran algunas sustancias comunes y su ingrediente:

SUSTANCIA COMPONENTEACIDOS:

cido de bateraAgua carbonatada

Solucin para el lavado de ojosConservador de alimentos

Limn, lima, tomateRemovedor de xido

Leche agriaJugo gstrico

VinagreVitamina C

BASES:Limpiador para el drenaje

Leche de magnesiaMortero y yeso

Limpiador de ventanas

cido Sulfrico

cido Carbnicocido Brico

cido Benzicocido Ctrico

cido Fosfricocido Lctico

cido Clorhdricocido Actico

cido Ascrbico

Hidrxido de SodioHidrxido de Magnesio

Hidrxido de CalcioSolucin de Amonaco


Aplicaciones.


CIDOS, BASES Y SALESTEORA DE ARRHENIUS. Es una teora propuesta alrededor de 1894 para explicar la naturaleza de los cidos y las bases.ACIDO. Es cualquier sustancia que en Solucin acuosa libera y cede iones hidrgeno H+. En estado de Equilibrio:

En la representacin de los cidos inorgnicos, los tomos de Hidrgeno se escriben a la izquierda por ser los menos electronegativos. En la representacin de cidos orgnicos, el grupo funcional cido COOH, como en el cido , cido Etanoico, se escribe a la derecha.6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 8

TEORA DE ARRHENIUSEl ion hidrgeno H+ se considera como un protn que en Solucin acuosa se hidrata y se convierte en in hidronio H3O+: H+ + H2O H 3O+

En estado de Equilibrio, se usa Concentraciones Molares relativas y se las escribe entre corchetes.Muchos cidos en Solucin acuosa se ionizan segn el siguiente esquema de Equilibrio:

CH3COOH + H2O H 3O+ + CH3COO6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 9

TEORA DE ARRHENIUSBASE. Es toda sustancia que en Solucin acuosa libera y cede iones hidrxido OH segn el siguiente Equilibrio:

NH4OH en H2O NH 4+ + OH


Los compuestos inicos se ionizan. Los compuestos covalentes se disocian. La ruptura de un enlace covalente puede ser homoltica y heteroltica.La ruptura homoltica produce radicales; la heteroltica produce iones.

CIDOS, BASES Y SALESREACCIONES DE NEUTRALIZACIN.De acuerdo con la teora de Arrhenius, en Solucin acuosa, un cido cede H+ y una base libera OH, producindose una reaccin de neutralizacin que se representa de la siguiente manera: cido + Base Sal + Agua HCl + NaOH NaCl + H2O HNO3 + KOH KNO3 + H2O H2SO4 + Ca(OH)2 CaSO4 + H2O CH3COOH + NH4OH CH3COONH4 + H2O 6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 11

CIDOS, BASES Y SALESTEORA DE BRNSTED Y LOWRY. Fue propuesta en 1923.Las definiciones de Brnsted y Lowry son ms generales que las de Arrhenius, ya que no se limitan a soluciones acuosas. ACIDO. Es toda sustancia capaz de ceder iones hidrgeno H+ a otra sustancia. En estado de Equilibrio:H3O+ + Cl H 2O + HClBASE. Es toda sustancia capaz de aceptar iones hidrgeno H+ de otra sustancia. En estado de Equilibrio:NH3 + H+ NH 4+ANFTERO. Las sustancias anfteras pueden actuar como cidos o como bases. 6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 12

TEORA DE BRNSTED Y LOWRY

El Agua puede actuar como base o como cido, pues acepta y cede iones hidrgeno. Pares conjugados cido/base:


TEORA DE BRNSTED Y LOWRY

Segn la teora de Brnsted y Lowry, no necesariamente se produce una neutralizacin entre cido y base. HCl + H2O H 3O+ + Cl Esquema de ionizacin del HClcido base H2O + H2O H 3O+ + OH Esquema de disociacin del H2Ocido base H2SO4 + H2O H 3O+ + HSO4 HSO4 + H2O H 3O+ + SO42cido base HCl + NH3 NH 4+ + Cl Esquema de neutralizacin del HClcido base6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 14

CIDOS, BASES Y SALESTEORIA DE LEWIS.El concepto de cidos y bases propuesto por Lewis en 1923 es la definicin ms general e incluye a todas las sustancias que son cidos y bases de acuerdo a las definiciones dadas por Arrhenius y Bronsted-Lowry. Segn Lewis:CIDO. Es una sustancia capaz de aceptar y compartir un par de electrones y formar un enlace covalente.BASE. Es una sustancia capaz de ceder y compartir un par de electrones y formar un enlace covalente.


TEORIA DE LEWIS

As, la definicin de cido se aplica a sustancias que, sin ceder iones hidrgeno H+, actan como cidos, y la definicin de una base se aplica a sustancias que, sin aceptar iones hidrgeno H+ o ceder iones hidrxido HO, actan como bases.Por lo tanto, el ion hidrgeno H+ es un cido puesto que puede aceptar un par de electrones, como se indica en el siguiente esquema de Equilibrio:

H+ + H2O H 3O+ o H2O + H+ H 3O+


TEORIA DE LEWISEl ion hidrxido OH es una base, puesto que puede ceder un par de electrones, como se indica en el Equilibrio dado: H3O+ + OH H 2O + H2O

La reaccin entre el Fluoruro de Boro con el Amonaco es un ejemplo clsico de la teora de Lewis:


Aplicaciones.


CIDOS, BASES Y SALESFUERZA DE LOS ACIDOS Y LAS BASES.Los cidos y las bases pueden ser fuertes y dbiles.ACIDOS Y BASES FUERTES. Son aquellas sustancias que al ionizarse lo hacen completamente. Son considerados electrolitos fuertes; algunos cidos y bases fuertes son:


CIDOS FUERTES BASES FUERTEScido Clorhdrico, HCl

cido Bromhdrico, HBrcido Iodhdrico, HI

cido Sulfrico, H2SO4cido Ntrico, HNO3

cido Perclrico, HClO4

Hidrxido de Sodio, NaOHHidrxido de Potasio, KOH

Hidrxido de Calcio, Ca(OH)2

CIDOS, BASES Y SALESCIDOS Y BASES DBILES. Son los que se ionizan muy poco o parcialmente. Se consideran electrolitos dbiles; algunas de estas sustancias se muestran a continuacin:


CIDOS DBILES BASES DBILES

cido Fosfrico, H3PO4cido Carbnico, H2CO3cido Actico, CH3COOH

cido Ctrico, C3H5(COOH)3cido Lctico, CH3CHOHCOOH

cido Brico, H3BO3cido Benzoico, C6H5COOH

Dimetilamina, (CH3)2NHAnilina, C6H5NH2

Hidrxido de Magnesio, Mg(OH)2Hidrxido de Amonio, NH4OH

Hidracina, N2H4Piridina, C5H5N

Hidrxido de Aluminio, Al(OH)3

cido Benzoico

CIDOS, BASES Y SALESCONSTANTE DE IONIZACIN. Es la constante de Equilibrio de una ionizacin, definida por su ecuacin en funcin de las Concentraciones Molares relativas de los iones formados y la del correspondiente cido o base, en Equilibrio. HCl H+ + Cl NaOH Na+ + HO

La fuerza de cidos y bases se cuantifica segn la constante de ionizacin Ka y Kb, que solo depende de la temperatura. Para cidos y bases fuertes la constante es muy grande, pero para cidos y bases dbiles es muy baja. A continuacin se muestran algunas constantes de cido Ka y de base Kb.6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 21

NaOH

HONa)NaOH(

)HO()Na()NaOH(

HClClH

)HCl()Cl()H(

)HCl(

MrEq

MrEqMrEq

MrEq

MrEqMrEq

CCC

KC

CCK ba

CIDOS, BASES Y SALESPara cidos:


CIDOS Ka

HClO4HI

HBrHCl

HNO3H2SO4HIO3

HOOC-COOHHNO2

HFCH3COOH

H3BO3HCN

muy grandemuy grandemuy grandemuy grandemuy grandemuy grande

0,175,91024,61043,51041,81057,310104,91010

CIDOS, BASES Y SALES

Para bases:


BASES Kb

NaOHKOHLiOH

Etilamina, C2H5NH2Metilamina, CH3NH2

Amoniaco, NH3, NH4OHPiridina, C5H5N

Anilina, C6H5NH2Cafena, C8H10N4O2

Urea, (NH2)2CO

muy grandemuy grandemuy grande

5,6 10 54,2 10 41,8 10 51,5 10 94,2 10 105,3 10 141,5 10 14


Para cidos poliprticos o poliprotnicos :


NOMBRE FRMULA Ka1 Ka2 Ka3AscrbicoCarbnico

CtricoOxlico

FosfricoSulfurosoSulfricoTartrico

Sulfhdrico

H2C6H6O6H2CO3

H3C6H5O7H2C2O4H3PO4H2SO3H2SO4

H2C4H4O6H2S

8,0 10 54,2 10 77,4 10 45,9 10 27,5 10 31,7 10 2

muy grande1,0 10 39,5 10 8

1,6 10 125,6 10 111,7 10 56,4 10 56,2 10 86,4 10 81,2 10 24,6 10 51,0 10 19

4,0 10 7

4,8 10 13

Aplicaciones.


CIDOS, BASES Y SALESDISOCIACIN y AUTODISOCIACIN DEL AGUA.Los enlaces inicos producen ionizacin. Los enlaces covalentes se disocian en forma homoltica y en forma heteroltica. El Agua puede actuar como un cido y como una base, por tanto, es una sustancia anftera. La disociacin heteroltica del Agua se produce segn el Equilibrio:H2O + H2O H 3O+ + OHTambin puede autodisociarse: H2O H + + OHLa disociacin y regeneracin del Agua son procesos que estn en Equilibrio.


CIDOS, BASES Y SALESPara el Equilibrio de la autodisociacin y regeneracin del Agua tenemos: H2O H + + OH

Como el Agua se encuentra, en diferentes condiciones, casi en su totalidad en forma de molculas no disociadas, su muy pequea disociacin influye poco en la Concentracin molar relativa de Equilibrio [H2O], y se puede considerar constante:

El producto KEquilibrio [H 2O] se denomina Kw, y se constituye en la constante del producto inico del Agua:


OH

OHH

2

quilibrioEK

OHHOH2EquilibrioK

OHHwK

CIDOS, BASES Y SALESPara el Agua y para Soluciones acuosas diluidas a 25C, Kw es:

y depende solo de la temperatura, como se observa en la siguiente tabla:

Aunque Kw es independiente de las Concentraciones, para las Soluciones concentradas no ideales se realiza correcciones.6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 28

141000,1OHH wK

Temperatura [C] Kw0 1,13 10 15

10 2,92 10 1525 1,00 10 1437 2,40 10 1445 4,02 10 1460 9,61 10 14

Una Solucin es diluida cuando su Molaridad es menor que 1 M y mayor que 107 M.


De la ecuacin de Kw podemos concluir que:a) Una Solucin es NEUTRA, si: [H+] = [OH] = 1,00 10 7 b) En una Solucin CIDA, se cumple que: [H+] > [OH]c) En una Solucin BSICA, se cumple que: [H+] < [OH]


CIDOS, BASES Y SALESPOTENCIAL DE HIDRGENO o pH.Determinar el potencial de Hidrgeno, de hidronio o pH de una Solucin, es determinar el valor logaritmo base 10 de la Concentracin Molar relativa de iones hidrgeno [H+], en el estado de Equilibrio. Srensen, estableci la expresin matemtica para facilitar la indicacin de la [H+] de una Solucin en Equilibrio:


EquilibrioMrC

H

H

pHpH 10H Hlog

CIDOS, BASES Y SALESDe la ecuacin anterior se puede establecer de una forma similar que:Una Solucin es NEUTRA si pH = 7,00 pH neutroUna Solucin es CIDA cuando el pH 7,00 pH cido Una Solucin es BSICA cuando el pH 7,00 pH bsico Se establece la siguiente escala de pH:


CIDOS, BASES Y SALESAdems se puede usar el pOH, que es igual a:

En el Equilibrio, entre el pH y el pOH, se puede establecer la siguiente relacin:

Si CM(Solucin HCl) = 0,10 M cido fuerte, se ioniza totalmente. Ka grande. HCl H+ + Cl 0,10 mol HCl 0,10 mol H+ + 0,10 mol Cl CMr(HCl) = 0,10 [H+] = 0,10 = 1,0 10 1 pH(Solucin 0,10 M HCl) = log(0,10) = 1,0Si CM(Solucin NaOH)=0,10 M Base fuerte, se ioniza totalmente. Kb grande. NaOH Na+ + HO 0,10 mol NaOH 0,10 mol Na+ + 0,10 mol HO CMr(NaOH)=0,10 [HO]=0,10= 1,0 10 1

pOH(Solucin 0,10 M NaOH) = log(0,10) = 1,0 pH(Solucin 0,10 M NaOH) = 14,0 1,0 = 13 si [H+] [HO] = kw = 1,00 10 14


pOHpOH

10OH OHlog

0,14 pOHpH



Solucin pH

Solucin 0,10 M HClJugo gstricoJugo de limn

VinagreBebidas gaseosas

CervezaLecheOrina

Agua de lluviaSaliva

Agua puraSangre

Clara de huevoBilis

Leche de magnesiaAmonaco domstico

Solucin 0,10 M NaOH

1,01,6 1,8

2,32,4 3,42,0 4,04,0 4,56,3 6,65,5 7,5

5,66,2 7,4

7,007,35 7,45

7,6 8,07,8 8,6

10,51113

A continuacin se muestra el pH de algunas sustancias:

Aplicaciones.


HIDROLISIS.HIDROLISIS DE SALES.Cuando un cido reacciona con una cantidad estequiomtrica de una base, los productos son Agua y una sal. El proceso se denomina neutralizacin, y las Soluciones de las sales debera ser neutro, pH = 7,00cido + base sal + AguaHCl + NaOH NaCl + H2O Ka y Kb muy grandesCH3COOH + NH4OH CH3COONH4 + H2O Ka y Kb pequeasLas sales en Soluciones acuosas se ionizan. La reaccin de los cationes o aniones de ciertas sales con el Agua, formando H+ y OH respectivamente, se conoce como HIDRLISIS, palabra del griego: hydro (agua) y lysis (ruptura). Al formarse H+ y OH el pH de las Soluciones de dichas sales no es neutro.


HIDROLISISLas sales pueden ser: neutras, cidas, bsicas y ligeramente cidas o bsicas. Esto depende de la naturaleza de los cidos y de las bases utilizados en la reaccin de neutralizacin para la obtencin de las sales. Los casos se presentan en la tabla:

Las sales que provienen de un cido dbil o una base dbil pueden regenerar el cido dbil o la base dbil en Solucin en Agua. El Equilibrio de hidrlisis determina su pH.6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 36

CIDO BASE SAL EJEMPLO

FuerteFuerteDbilDbil

FuerteDbil

FuerteDbil

NeutracidaBsica

Ligeramente cida o bsica

NaClNH4Cl

CH3COONaCH3COONH4

HIDROLISIS.HIDRLISIS DE UNA SAL BSICA. Consideremos la hidrlisis de una sal bsica, Acetato de Sodio CH3COONa:a) En primer lugar la sal se ioniza, totalmente, como cualquier sal. Este proceso no produce H+ o OH y no influye en el pH. porqueb) Luego se produce la Hidrlisis del in acetato, produciendo el cido dbil. Este proceso de Equilibrio influye en el pH. CH3COO + H2O CH3COOH + OH

cuya constante de Equilibrio se define de la siguiente manera:


COO3CH

OHCOOH3CH

O2HCOO3CH

OHCOOH3CHhKhidrlisisK

HIDROLISIS.c) En un tercer paso se produce la ionizacin del cido dbil regenerado. Este proceso de Equilibrio influye en el pH. CH3COOH CH3COO + H+

La constante de ionizacin del cido dbil se calcula con:

Si multiplicamos las dos constantes, podemos escribir:


COOH3CHHCOO3CH

aK

COOHCH

HCOOCHCOOCH

OHCOOHCH

3

3

3

3

ah KK

HIDROLISIS.De donde:

HIDRLISIS DE UNA SAL CIDA. El producto de las constantes de Hidrlisis y ionizacin de base dbil para la sal cida es:


a

whwah

wah

KKKKKK

KKK

1000,1OHH 14

b

whwbh

wbh

KKKKKK

KKK

1000,1OHH 14

NH4Cl NH4+ + ClNH4+ + H2O NH4OH + H+NH4OH NH 4+ + OH

HIDROLISIS.PORCENTAJE DE HIDRLISIS DE UNA SAL CIDA O BSICA. Es la relacin entre la masa hidrolizada y la masa inicial de la sal que se encuentra en Solucin.

PORCENTAJE DE IONIZACIN DE UN COMPUESTO INICO. Es la relacin entre la masa ionizada y la masa inicial del compuesto inico que se encuentra en Solucin.


%100 %100 InicialinConcentracHidrlisisdeinConcentrac

InicialmasaaHidrolizadmasaPCH

%100 %100 inicialinConcentracionizacindeinConcentrac

inicialmasaionizadamasaPCI

Aplicaciones.


EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 1.Calcular la [H+] y la [OH] en una Solucin 0,100M de cido Actico CH3COOH, cuya constante Ka es 1,75 10 5.DATOS DE ENTRADA

CM(Solucin CH3COOH) = 0,100M (3 cifras significativas)CMr(Solucin CH3COOH) = 0,100Ka(CH3COOH) = 1,75 10 5

DATOS DE SALIDA (3 cifras significativas)[H+][OH]RESOLUCIN

El cido Actico CH3COOH es un cido dbil.6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 42

EJERCICIOS RESUELTOSEl CH3COOH ioniza una parte X de su Concentracin Molar inicial CMrI que pasa a una Concentracin de Equilibrio CMrEq :

CH3COOH CH3COO + H+ (esquema de ionizacin)CMrI : 0,100 0 0,0CMrEq: 0,100X X X

Entonces, en el Equilibrio, la constante de ionizacin es:


32

31

652

25

3

3

101,33165 = 101,31415 = 01075,11075,1

100,01075,1 y

COOHCHHCOOCH

XXXX

XXKa

La [H+]H2O

EJERCICIOS RESUELTOSEl valor negativo de X2 no tiene significado fsico. Entonces: X1 = [H+] = 1,31415 10 3 y CM Eq(H+) = 1,31415 10 3 mol/L[H+] = 1,31 10 3 (3 cifras significativas)

En el Agua y en las Soluciones diluidas, las Concentraciones relativas [H+] y [OH] dependen de la constante del producto inico del agua Kw:[H+][OH] = Kw = 1,00 10 14

[OH] = 7,61 10 12 (3 cifras significativas)


mol/L1060948,7)(OH 1060948,71031415,1

1000,1OH 12 12

3

14

EqMC

EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 2.Calcular el pH y el porcentaje de ionizacin en una Solucin 1,00 M de cido Cianhdrico HCN, si la Ka es 4,80 10 10.DATOS DE ENTRADA

CM(Solucin HCN) = 1,00M (3 cifras significativas)CMr(Solucin HCN) = 1,00Ka(HCN) = 4,80 10 10

DATOS DE SALIDA (3 cifras significativas)pH(Solucin HCN)PCI(HCN) RESOLUCIN

El cido Cianhdrico HCN es un cido dbil.6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 45

EJERCICIOS RESUELTOSEl HCN ioniza una parte X de su Concentracin Molar inicial CMrI la cual cambia a una Concentracin de Equilibrio CMrEq :

HCN H+ + CN (esquema de ionizacin)CMrI : 1,00 0,0 0CMrEq: 1,00X X XLa constante de ionizacin es:


5102,19091 = 2 5102,19087 = 1

0101080,4101080,4200,1

2101080,4y HCN

CNH

XX

XX

XX

aK

La [H+]H2O

EJERCICIOS RESUELTOSDado que el valor negativo de X2 no tiene significado fsico: X1 = [H+] = 2,19087 10 5 y CM Eq(H+) = 2,19087 10 5 mol/LpH(Solucin HCN) = log(2,19087 10 5) = 4,65938pH(Solucin HCN) = 4,66 (3 cifras significativas)

PCI(HCN) = Porcentaje de ionizacin del HCN.


ivas)significat cifras (3 %3102,19)HCN(

%3102,19087100%1,00

5102,19087)HCN(

100% )HCN(

PCI

PCI

inicialinConcentracionizacindeinConcentracPCI

EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 3.Calcular la Molaridad de una Solucin de Hidrxido de Amonio NH4OH, que se encuentra ionizada en un 2,00%, si su Kb es 1,80 10 5.DATOS DE ENTRADA

PCI(NH4OH) = 2,00% (3 cifras significativas)Kb(NH4OH) = 1,80 10 5

DATOS DE SALIDA (3 cifras significativas)M(Solucin NH4OH) RESOLUCIN

El Hidrxido de Amonio NH4OH es una base dbil.6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 48

Aplicaciones.


EJERCICIOS RESUELTOSEl NH4OH ioniza parte X de su Molaridad relativa inicial Mr , la cual cambia a una Concentracin de Equilibrio Mr X : NH4OH NH4+ + OH (esquema de ionizacin)CMrI : Mr 0 0,0CMrEq : Mr X X XEn el Equilibrio, las Concentraciones Molares relativas se relacionan con la constante de ionizacin de la base:


XrMrM

X

rMXPCI

rMX

inicialinConcentracionizacindeinConcentracPCI

bKXrMX

XrMXX

0,50 10000,2 %100%00,2 %00,2)OH4NH( siy

%100%100 )OH4NH( Si

51080,12

Se ver que la [OH]H2O

EJERCICIOS RESUELTOSRemplazando Mr = 50,0X en la ecuacin de la constante Kb:


ivas)significat cifras (3

4

4

4

741

2

24

1

442

5222

M

M

M

0441,0OH)NH (Solucin

0441,00441,0OH)(NH

0441,00441,0OH)(NH

101,00 0441,01082,80,50 0,50

ioniza. se no salla quesignifica 00 1082,8

0)1082,8( 01082,8

1080,10,490,50

L

molL

mol

M

C

M

MXMX

XXXXXX

XX

XXX

XMX

M

rr

r

X es la Concentracin de ionizacin de la base, en el Equilibrio

EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 4.El pH de una Solucin 0,072000 M de cido Benzoico C6H5COOH es 2,7000. Calcular la constante Ka de este cido.DATOS DE ENTRADA

pH(Solucin C6H5COOH) = 2,7000 (5 cifras significativas)CM(Solucin C6H5COOH) = 0,072000 MCMr(Solucin C6H5COOH) = 0,072000DATOS DE SALIDA (5 cifras significativas)Ka(C6H5COOH) RESOLUCIN

El cido Benzoico es un cido dbil. Es un slido incoloro y disuelto en Agua ioniza parcialmente segn el esquema:6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 52

EJERCICIOS RESUELTOS C6H5COOH C 6H5COO + H+ (esquema de ionizacin)CMrI : 0,072 0 0,0CMrEq: 0,072X X XEn el Equilibrio, las Concentraciones Molares relativas se relacionan con la constante de ionizacin del cido Ka:


ivas)significat cifras (5 106869,5

1068685,51099526,1072,0

1099526,1

1099526,11010H 072,0

5

53

23

37000,22

a

a

pHa

K

K

XX

XK

La [H+]H2O

EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 5.Calcular el pH de una Solucin acuosa de cido Clorhdrico de Concentracin 5,00 10 8 M.DATOS DE ENTRADA

CM(Solucin HCl) = 5,00 10 8 M (3 cifras significativas)CMr(Solucin HCl) = 5,00 10 8DATOS DE SALIDA (3 cifras significativas)pH(Solucin HCl) RESOLUCIN

El cido Clorhdrico es un cido fuerte. Es el gas Cloruro de Hidrgeno disuelto y disociado casi totalmente en Agua.


EJERCICIOS RESUELTOSDado que su constante Ka es muy grande, consideramos que el cido HCl est totalmente disociado en Agua: HCl H + + ClCMrI : 5,00 10 8 1,00 10 7 0CMrEq : 0,0 5,00 10 8 +1,00 10 7 5,00 10 8 Observar que log(5,00 10 8) = 7,30103 = pH bsico. La escala de pH es vlida para Concentraciones entre 107 M y 1 M.La Solucin es altamente diluida y aporta menos iones H+ que el Agua: [H+] = [H+]HCl + [H+]H2O = 5,00 10 8 + 1,00 10 7 [H+] = 1,5 10 7 pH(Solucin HCl)=log(1,5 10 7)=6,82391pH(Solucin HCl) = 6,82 (3 cifras significativas)6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 55

EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 6.Calcular el pH de la Solucin 0,00370 M de cido Carbnico H2CO3. Las constantes de ionizacin son: Ka1= 4,20 10 7 y Ka2= 5,60 10 11.DATOS DE ENTRADA

CM(Solucin H2CO3) = 0,00370 M (3 cifras significativas)Ka1(Solucin H2CO3) = 4,20 10 7 Ka2(Solucin H2CO3) = 5,60 10 11

DATOS DE SALIDA (3 cifras significativas)pH(Solucin H2CO3) RESOLUCIN6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 56

EJERCICIOS RESUELTOSEl cido Carbnico es un cido dbil, que en Solucin puede ceder por etapas uno o dos protones.Etapa 1: H2CO3 HCO 3 + H+CMrI : 0,00370 0 0,0CMrEq : 0,00370 X X X


521Etapa 51972

72

32

31

103,96314 H1092114,3010554,11020,4

1020,400370,0]CO[H

]][HCO[H

XXXX

XXKa

[H+]H2O

EJERCICIOS RESUELTOSEn la siguiente etapa el anin HCO3 cede otro protn.La [H+]Etapa 1 = 3,92114 10 5 incide en la etapa 2.Etapa 2: HCO3 CO 32 + H+CMrI : 3,92114 10 5 0 3,92114 10 5

CMrEq : 3,92114 10 5 Y Y 3,92114 10 5 + Y


522Etapa 1111552

151152

115

5

3

23

2

103,92116 H1059998,501019584,2103,92115

01019584,2)1060,51092114,3(

1060,51092114,3

)1092114,3(][HCO

]][H[CO

YYYY

YY

YYYKa

EJERCICIOS RESUELTOSLa ionizacin del HCO3 es muy pequea comparada con la del H2CO3 , en consecuencia [H+]Etapa 1 >> [H+]Etapa 2Tambin Y1 = 5,59998 10 11 = [CO32].La Concentracin [H+] al final de las dos etapas es:[H+] = [H+]Etapa 1 + [H+]Etapa 2[H+] = 3,92114 10 5 + Y1 = 3,92114 10 5 + 5,59998 10 11 [H+] = 3,92115 10 5pH(Solucin H2CO3) = log(3,92115 10 5) = 4,40659pH(Solucin H2CO3) = 4,41 (3 cifras significativas)La incidencia de la [H+]Etapa 2 en el pH de la Solucin es muy pequea, aun ms pequea que la de [H+]H2O .6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 59

Aplicaciones.


EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 7.Calcular el pH de una Solucin 0,10000 M de Acetato de Sodio CH3COONa, y el porcentaje de hidrlisis del anin acetato, si la Ka del cido Actico es 1,7500 10 5.DATOS DE ENTRADA

CM(Solucin CH3COONa) = 0,10000 M (5 cifras significativas)Ka(CH3COOH) = 1,7500 10 5

DATOS DE SALIDA (5 cifras significativas)pH(Solucin CH3COONa)PCH(CH3COO) RESOLUCIN6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 61

EJERCICIOS RESUELTOSEl CH3COONa es una sal de cido dbil y base fuerte. Se prev cualitativamente que su pH ser bsico. Cuando se disuelve en Agua, se ioniza casi completamente; el enlace inico O-Na as lo permite. ce(O) = 3,5 ; ce(Na) = 0,9 ce(O; Na) = 2,6 CMrI : 0,10000 0 0CMrEq : 0,0 0,10000 0,10000Considerando la hidrlisis del anin acetato: CH3COO + H2O CH3COOH + OH

CMrI : 0,10000 0 0,0CMrEq : 0,10000 X X X6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 62

Enlace inico

EJERCICIOS RESUELTOSLa constante de hidrlisis de una sal bsica, considerando la Ka del cido dbil, se expresa:

Tambin X1 es la Concentracin de Hidrlisis del in acetato: Ch(CH3COO) = 7,55901 10 6 mol/L


5,12154)1055901,7log( 1055901,7OH1055958,7 1055901,7

01071429,51071429,5

1071429,510000,0COOCH

OHCOOHCH Si

1071429,51075,11000,1

)COOHCH(

66

62

61

11102

102

3

3

105

14

3

pOHXX

XXX

XK

KK

KKK

h

a

w

a

wh

EJERCICIOS RESUELTOSPara Agua pura y Soluciones diluidas: pH + pOH = 14,0 (3 cifras significativas)pH = 14,0 pOH = 14,0 5,12154 = 8,87846pH(Solucin CH3COONa) = 8,88 (3 cifras significativas)Se confirma la prediccin cualitativa del pH bsico.


ivas)significat cifras (5 %105590,7)COO(CH

%1055901,7%100 mol/L 0,10000

mol/L 1055901,7)COO(CH

%100

33

36

3

PCH

PCH

InicialinConcentracHidrlisisdeinConcentracPCH

EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 8.Calcular el pH de una Solucin 0,0200 M de Cloruro de Amonio NH4Cl, y el porcentaje de hidrlisis del catin amonio NH4+ si Kb del Hidrxido de Amonio es 1,80 10 5.DATOS DE ENTRADA

CM(Solucin NH4Cl) = 0,0200 M (3 cifras significativas)Kb(NH4OH) = 1,80 10 5

DATOS DE SALIDA (3 cifras significativas)pH(Solucin NH4Cl)PCH(NH4+) RESOLUCIN6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 65

EJERCICIOS RESUELTOSEl NH4Cl es una sal de cido fuerte y base dbil. Se prev cualitativamente que su pH ser cido. Cuando se disuelve en Agua, se ioniza casi completamente; el enlace inico del catin NH4+ y del anin Cl as lo permite.

Ionizacin del NH4Cl: CMrI : 0,0200 0 0CMrEq : 0,0 0,0200 0,02006/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 66

EJERCICIOS RESUELTOSHidrlisis del NH4+

NH4+ + H2O NH4OH + H+

CMrI : 0,0200 0 0,0CMrEq : 0,0200 X X XLa constante de hidrlisis de una sal cida, considerando la Kb de la base dbil, se expresa:


01011111,11055556,5

1055556,50200,0NH

HOHNH Si

1055556,51080,11000,1

)OHNH(

11102

102

4

4

105

14

4

XXX

XK

KK

KKK

h

b

w

b

wh

EJERCICIOS RESUELTOS

pH(Solucin NH4Cl) = 5,48 (3 cifras significativas) Se confirma la prediccin cualitativa del pH cido.

Tambin X1 es la Concentracin de Hidrlisis del in amonio: Ch(NH4+) = 3,33305 10 6 mol/L


5,47716)1033305,3log( 1033305,3H1033361,3 1033305,3

66

62

61

pHXX

ivas)significat cifras (3 0,0167%%1067,1)(NH

%1066653,1%100 mol/L 0,0200

mol/L 1033305,3)(NH

%100

24

26

4

PCH

PCH

InicialinConcentracHidrlisisdeinConcentracPCH

EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 9.Calcular el pH de una Solucin 0,521 M de Cloruro de Sodio NaCl.DATOS DE ENTRADA

CM(Solucin NaCl) = 0,521 M (3 cifras significativas)DATOS DE SALIDA (3 cifras significativas)pH(Solucin NaCl)RESOLUCIN

El NaCl es una sal de cido fuerte y base fuerte, debe tener un pH neutro sin hidrolizar y, como toda sal, debe ionizar casi completamente.La ionizacin del NaCl no incide directamente en el pH.6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 69

EJERCICIOS RESUELTOSSuponiendo una ionizacin completa: NaCl Na+ + Cl Esquema de ionizacinCMrI : 0,521 0 0CMrEq : 0,0 0,521 0,521


Aplicaciones.


QUMICA I ING. E. RAL MORALES MUOZ MSc.Slide 2CIDOSCIDOSBASES, LCALIS O HIDRXIDOS.CIDOS, BASES Y SALESSlide 7CIDOS, BASES Y SALESTEORA DE ARRHENIUSTEORA DE ARRHENIUSCIDOS, BASES Y SALESCIDOS, BASES Y SALESTEORA DE BRNSTED Y LOWRYTEORA DE BRNSTED Y LOWRYCIDOS, BASES Y SALESTEORIA DE LEWISTEORIA DE LEWISSlide 18CIDOS, BASES Y SALESCIDOS, BASES Y SALESCIDOS, BASES Y SALESCIDOS, BASES Y SALESCIDOS, BASES Y SALESCIDOS, BASES Y SALESSlide 25CIDOS, BASES Y SALESCIDOS, BASES Y SALESCIDOS, BASES Y SALESCIDOS, BASES Y SALESCIDOS, BASES Y SALESCIDOS, BASES Y SALESCIDOS, BASES Y SALESCIDOS, BASES Y SALESSlide 34HIDROLISIS.HIDROLISISHIDROLISIS.HIDROLISIS.HIDROLISIS.HIDROLISIS.Slide 41EJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSSlide 49EJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSSlide 60EJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSSlide 71

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