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Ácidos y Bases
Acidos y Bases
Los ácidos son sustancias con propiedades específicas normalmente relacionado con el sabor agrio de los alimentos
Las bases son sustancias con reacciones contrarias a los ácidos, que se conocen por su sabor amargo.
La palabra ácido viene del latín, acidus, que significa agrio
Las bases que son solubles en agua se conocen cono álcali. La palabra álcali viene del árabe y significa ceniza calcinada.
Teoría de Arrhenius de los Ácidos y las Bases Los ácidos son sustancias que al disociarse en agua
producen H+
Un álcali son sustancias que la disociarse en agua forman –OH
Neutralización es la reacción entre H+ y -OH
3𝐻𝐶𝑙 (𝑎𝑞 )+𝐴𝑙(𝑂𝐻 )3→𝐴𝑙𝐶𝑙3+3𝐻2𝑂
Ácidos y Bases
La teoría de Arrhenius tiene limitaciones ya que no podía explicar reacciones como:
Ácidos de Bronsted-Lowry El ion hidrogenión (H+) se conoce como protón Por lo que definen a los ácidos como donantes de
protones Una base es un receptor de protones En solución acuosa un protón puede representarse por
el hidrogenión (H+) o el ion hidronio (H3O+)
Ácidos y Bases
Los ácidos se pueden clasificar según la cantidad de protones a donar: Monoprotico: dona un protón.. Ej: HCl
Diprotico: dona 2 protones. Ej: H2SO4
Triprotico: dona 3 protones: EJ: H3PO4
El acido fosfórico y el acido acético son ácidos débiles. No se disocian 100% al mezclarse con agua
CH3COOH(aq) + H2O = CH3COO- + H3O+(aq)
En esta reacción el acido acético es sigue la definición de Bronsted y el agua es una base de Bronsted.
Ácidos y Bases
Ácidos y bases conjugates Cuando se disocia un ácido de Bronsted, la especie
producida se conoce como base conjugada y viceversa.
H2CO3 (aq) + -OH (aq) = HCO3- (aq) + H2O (l)
Ácido Base Conjugada
Base Conjugada Ácido
Ácidos y Bases
Compuestos Amfipróticos Algunos compuestos pueden reaccionar como una
base o un ácido de Bronsted-Lowry dependiendo de la reacción.
El ejemplo más común es el agua, la cual puede donar un protón (H+) o aceptar un protón (H3O+) en una reacción
Los ácidos polipróticos pueden actuar como compuestos amfipróticos durante su disociaciones
Ácidos y Bases
Propiedades de Ácidos y Bases:
Ácidos Bases
Sabor agrio Sabor amargo
pH < 7 pH > 7
Litmus es color rojo Litmus es color azul
Fenolftaleína es incoloro Fenolftaleína es rosada
Metil-naranja es rojo Metil-naranja es amarillo
Ácidos y Bases
Reacciones de Acidos con: Metales Bases y Carbonatos
La mayoría de los ácidos reaccionan con metales, óxidos de metal, hidróxidos, y carbonatos para producen sales.
Una sal es un compuesto formado por una catión y un anión
Las sales se producen al reaccionar un ácido y una base
Reacciones típicas para producir sales
Metales que se oxidan fácilmente reaccionan con ácidos para formar sales e hidrogeno gaseoso
Ácido + metal sal + hidrogeno gas
2HCl(aq) + Zn(s) ZnCl2(aq) + H2(g)
H2SO4(aq) + Fe(s) FeSO4 + H2(g)
2CH3COOH (l) + 2Na(s) = 2 CH3COONa (l) + H2 (g)
Estas reacciones producen hidrogeno con a diferentes tasas dependiendo de la reactividad del metal, y la concentración y la fuerza del ácido.
Entalpía Estándar de Neutralización: es el cambio de energía asociado con la formación de 1 mol de agua producida por la reacción de un ácido fuerte y una base fuerte a condiciones standard.
Ácidos y Bases
La neutralización es una reacción exotérmica por lo que el valor de la entalpía es negativo.
La sal producida por la reacción de la neutralización esta compuesta por el catión de la base y el anión del ácido.
Algunas bases comunes son: hidróxidos metálicos, óxidos metálicos y el hidróxido de amonio
Acido + base sal y agua
2HCl(aq) + Ca(OH)2(aq) CaCl2 (aq) + 2H2O(l)
H2SO4 + CaO(s) CaSO4(s) + H2O(l)
CH3COOH (aq) + NH4OH(aq) = CH3COONH4(aq) + H2O(l)
Ácidos y Bases
El óxido de calcio (CaO) no reacciona directamente con soluciones de ácido. El oxido primero se disuelve en agua para formar hidróxido de calcio el cual reacciona para neutralizar el ácido.
CaO(s) + H2O(l) Ca(OH)2(aq)
El hidróxido de calcio es poco soluble en agua; otras bases como el hidróxido de hierro (III) y el hidróxido de aluminio son insoluble en agua.
Ácidos y Bases
Los carbonatos reaccionan con los ácidos para formar dióxido de carbono y agua
Ácido + Carbonato de Metal/Hidrocarbonato de Metal sal + dióxido de carbono + Agua
2HCl(aq) + Na2CO3(s) 2NaCl(aq) + CO2(g) + H2O(l)
HCl + NaHCO3(s) NaCl (aq) + CO2(g) + H2O(l)
Valoraciones Ácido Base
Una valoración es una técnica analítica donde se determina la concentración de una sustancia a partir de una reacción con una solución estándar. (Construcción de curvas de pH laboratorio)
Ácidos y Bases
Escala de pH
La escala de pH es una manera sencilla de representar la concentración (actividad) de hidrogeniones en una solución.
Éstas concentraciones pueden ser muy pequeñas, por lo que puede ser difícil hacer comparaciones directas
[H+]agua : [H+]limpiador de hornos
1 : 0.000001
Por este motive se utiliza una escala logarítmica para representar las concentraciones de los hidrogeniones presente.
pH se describe como:
pH = -log[H+ (aq)] ó pH = -log[H3O+ (aq)]
[H+] = 10pH
Ácidos y Bases
pH
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
ácido Alcalino
Jugo Gastrico
Agua Pura detergente Limpia
hornos
pH [H+]
1 0.1
5 1x10-5
14 1x10-14
Ácidos y Bases
Ionización del Agua
El agua contiene iones hidroxilos e hidrogeniones, y es amfiprótica
Por esta razón es importante mantener en cuanta las concentraciones de sus iones en solución
La constante de equilibrio es
Como la concentración de agua no varía esta ecuación se reduce a
Kw = [H+][-OH] = 1 x 10-14 a 298 K
Kw = constante del producto de ionización de agua
Ácidos y Bases
Vs
FuerteDébil
Ácidos y Bases
Ácidos Débiles y Fuertes La fuerza de un ácido se determina según su nivel de
disociación en solución Un ácido fuerte es un donante de protones que se
disocia 100% en solución. Ej: ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido nítrico
La base conjugada de un ácido fuerte es base muy débil, las cuales no tienen afinidad por los protones en solución
HCl (aq) + H2O H3O+ (aq) + Cl- (aq)
Ácidos y Bases
Un ácido débil, es aquel que solo se disocia parcialmente en solución, es malo donando protones
La reacción de disociación de un ácido débil es una reacción que forma equilibrio.( Las reacciones de disociación de ácidos Fuertes no forman equilibrio)
La base conjugada de un ácido débil tiene mayor afinidad a los protones, por lo que se asocial con los iones en solución.
Los términos fuerte o débil es diferente a los términos concentrado y diluido
Concentrado Diluído
Fuerte 6 mol/L HCl 0.5 mol/L HNO3
Débil 10 mol/L CH3COOH 0.1 mol/L H2CO3
Una base fuerte tambien se disocia 100% en solución y su ácido conjugado es pobre donante de protones. Ej: NaOH, KOH.
Los hidróxidos de metal no reaccionan como bases de Bronsted Lowry, porque no pueden aceptar protons; sin embargo el ion hidroxilo liberado en la solución es una base fuerte de B-L.
NaOH (aq) Na+ (aq) + -OH (aq)-OH (aq) + H3O+(aq) 2H2O (l)
Una base débil como el amoníaco (NH3), acepta un proton cuando se encuentra en solución y forma un equilibrio con su ácido conjugado.
NH3(aq) + H2O = NH4+ + -OH (aq)
Mediciones de Conductividad Existen diferentes técnicas para comparer la fuerza de
diferentes ácidos (o bases) en soluciones de igual concentración.
Todos los ácidos y bases muestran diferentes grados de disocian (ionización) en solución.
La disociación de los compuestos en solución puede medirse facilmente mediante un amperímetros y dos electrodos Se se aplica un voltaje constant, la diferencia medida por el amperímetro esta dada por la concentración de iones en solución.
Los valores de conductividad de las soluciones de ácidos y bases Fuertes son mayors que las de los acidos y bases débiles
Cambios de Energía durante Neutralizaciones Una reacción de neutralización ocurre cuando una
base y un ácido reaccionan. Esta reacción es exotérmica
