QUI2BAC Tema 4 Equilibrios Acido-base Resumen

Qumica2dTema4.Equ

TemaLoscidosprimera cpropiedadconocidoede estasalimentacidesarrollocidoscomPortodoetienen endiferencianpropiedadEn este tedescripcincarctercDespuscuantitativcidaobdelequilibbasesmedPosteriormunadisolurpidayseMs adelaqumicaspdeunasusTambinmuestra scido o deexperimenenmedirotradebapara deteneutralizacPorltimobases,lluvtalescomo

deBachilleratoilibrioscido

4.Equi

ybasessonclasificacines comuneelanlisisbasustanciasn,curtidoindustrial

mosulfrico

ello,esnececomn lo

n. Pores?

ema estudinexperimecidoyotras

del estudvamenteessicade lasbrioqumicodiantelacon

menteverscinacuosaencillaelpH

ante, utilizapresentesestanciacom

aprendersslida o lae base. Parntal llamadovolmenesse,deunarminar la dcin.

o,abordarsiacida,cuolaacidezd

obase

ilibrios

nsustancias se hizoes: cidos,asadoenre en todoos,etc). Inclde un pasoyntrico.

esarioconocs cidos yqu ciert

iars la eventalhastalotenganb

dio cualitatas reacciodiferentesoasusdisonstantedes

s laescalada,ascomoH(enlaimag

rs las Ka ynunequilibodeunam

s a determconcentrara ello, desovaloraci de dos didelascualde la otra

saspectosruyosefectosdeestmago

cido

sconocidasbasndosebases y s

eaccionesctipo de

lusosuelet el nivel de

cerquprolas bases,

tas sustan

olucin hislasdiferentbsico.

ativo delnes introdusustanciasolucionesacsuequilibrio

deacidezmelfuncionagenpuedes

y Kb para dbriocidob

mezcladesu

minar lacin de unsarrollars envolumtrsoluciones,esconocesmediante

relacionadospuedesveooelpHde

(1)

base

desdelaanen la obs

sales. Hoycidobase,yindustriastomarsecoe producci

opiedadesc, y tambincias mue

strica deltesteoras

carcteruciendomasegn latecuosasycoodedisocia

msusada,amientodesverelcam

determinarbaseycalcustancias.

pureza dena disoluciel procedimrica,que se, una de claconcentuna reacci

osconcidoerenlafotoelasangre.

ntigedad.Sservacin dda es m

ylaaplicaci(siderrgicmo ndicedn de ciert

caractersticn en questran est

conceptoqueexplica

cidobaseagnitudesqeoradeBromparandoacin(KaK

elpH,quelosindicadbiodecolo

las concenularelvalor

e unan demientoebasacido yracinn de

os,basesyografa,yal

Sudeuynca,detos

cassetas

de cidoanquealgu

de lasquepermitenstedLowlafuerzadKb).

epermitecdoresparadrdeunode

ntracionesdrdelpHde

entorno:pgunosaspe

y de basenassustanc

sustanciasen comparary,aplicandedoscido

uantificar ladeterminareellos).

de todas lalasdisolucio

produccinectosbiolg

, desde suciastengan

s, tratarsar la fuerzado las leyesosodedos

aacidezdedemanera

as especiesones,tanto

decidosygicosdelpH

un

sass

ea

so

y

Qumica2deBachilleratoTema4.Equilibrioscidobase

(2)

1.ModelosdecidosybasesEnunprincipio, laclasificacinde lassustanciascomocidosobasessebasen laobservacinde una serie de propiedades comunes que presentaban sus disoluciones acuosas. As, porejemplo, el sabor agrio de ciertas sustancias fue lo que sugiri su primitiva clasificacin comocidos(dellatnacidus,agrio).Las bases antiguamente se llamaban lcalis(delrabealkali,cenizasdeplanta),nombrequetodavaseusaalgunasvecesparaindicarbasesopropiedadesbsicas.Estenombresedebeaqueunadelasbasesmsutilizadas,lasosaocarbonatodesodio,seobtenade lascenizasdeciertasplantas.

En1663,Boyleestableciunaseriedepropiedadesexperimentalescomunesatodos loscidos,quemstardesecompletaronconlasbases,queserecogenenlatablasiguiente. CIDOS BASESSabor cido AmargoSensacinalapiel Punzanteopicante SuavesaltactoColorantesvegetales(tornasol) Rojo Azul

Reactividad

CorrosivosDisuelvensustanciasAtacanalosmetalesdesprendiendohidrgenoEndisolucinconducenlacorrienteelctrica

CorrosivosDisuelvengrasas.AltratargrasasanimalesconlcalisseobtieneeljabnPrecipitansustanciasdisueltasporcidosEndisolucinconducenlacorrienteelctrica

Neutralizacin Pierdensuspropiedadesalreaccionarconbases

Pierdensuspropiedadesalreaccionarconcidos

Observa que la tabla anterior no da ninguna razn sobre esos comportamientos, dejando sinresponderpreguntascomoquesloquedeterminaelcomportamientodeuncidoounabase,ocules son las caractersticas comunes, basadas en su constitucin a escala de partculas, queexplicansuspropiedades.ElectrolitosLoselectrolitossonlassustanciasque,disueltasenagua,producendisolucionesconductorasdelaelectricidad,debidoa lapresenciade ionesendisolucin, como sucede conmuchas sustanciascidasobsicascomoelcidoclorhdrico,HCl,oelhidrxidodesodio,NaOH.Losnoelectrolitossonlassustanciasquenoposeenesapropiedad,comoeselcasodeletanol,CH3CH2OH.1.1TeoradeArrheniusA finales del siglo XIX, Arrhenius estudi la disociacin inica de los compuestos inorgnicosproducidaaldisolverlosenagua,elaborandolateoraporlaqueenelao1903recibielpremioNobeldeQumica.

Qumica2dTema4.Equ

Comproblacorrientsehandesucede aAdems, hconstitucielhidrxidArrheniusde loscidbases sedpropusolacido es uBaseesunLareaccinCon la teodeloscidentres,losuponer lasecombinasemezclahidrxidoenlaformaCl(aq)+H+

Los ionesencuentraesa raznagua,porl

La reaccitotal.AdemLimitacionLa teoradisolventeexplicarelmolculayradio, 101

hidratados


quehabaeelctrica;romperenlos cidoshay basesnenestadosedisuelv

llegalacodossedebdebana lossiguientes

una sustanc

nasustancia

ndeneutraoradeArrhdosybasesoquesellamadesaparicianparadarunadisolude sodio, laa:

+(aq)+Na+(

Cl(aq) yNnigualquepuededecoquelarea

nestmuyms,justific

nesdelateode Arrhensdistintoscarcterbyaldisociar13 cm, no e

s,originand

obase

sustanciaslarazndenlaces covay a alguncomo los

dopuro,yeve.

onclusindana los ioos ioneshidsdefinicion

cia que en

aqueendis

alizacinhenius secodeneutralimareaccininde los irmolculascinacuosaa reaccin

(aq)+OH(a

Na+(aq) prccuandoseirsequeenaccinden

ydesplazadcaquelane

oradeArrhius slo esdelagua),sicodesusrseenaguaexisten comoioneshid

moleculareebaserquealentespolanas bases:hidrxidos

esosioness

equelasponeshidrgdrxido,OHes:

disolucin

solucinacu

omprendeizarsusprondeneutralonescaractsdeagua.Aadecidodeneutrali

aq)H2O+

cticamentedisuelveNa

n laneutraleutralizaci

H+(aq)

dahacia laeutralizacin

heniuss valida palasbasesdstanciascomdarH+(losmo tales eronio,H3O

+

(3)

esqueendedabanlugares y formse disocians que ya tonlosmism

ropiedadesgeno,H+,mH, (tambin

acuosa se

uosasediso

fcilmenteopiedadescaizacin.Elptersticos,HAs,porejemclorhdricoizacinpue

+Cl(aq)+N

no han suaClenaguaizacin reanpuedees

)+OH(aq)

derecha,enseaindep

ara disolucdeben tenermoelNH3osioneshidrn disolucio+).

disolucincaraiones.

marse iones.n originandtienen ionemosqueha

scaractersmientrasqun llamados

e disocia pr

ociaproduci

lacapacidaaractersticprocesodebH+yOH,qumplo,cuando conotradedeescribirs

Na+(aq)

ufrido ninguaysesueleccionanunscribirseen

H2O

sdecir, laendientede

ciones acuorOHen suoelNa2CO3)genooproones acuosa

onducanParaello,.Esto lesdo iones.es en suycuando

ticasdelasue laspropihidroxilou

roduciendo

iendoiones

adasbeuedodese

unamodificnllamarioncidoyunlaformai

neutralizacelcidoyla

osas (no semolcula)yloscidootones,debas, sino qu

sdisolucioniedades tpuoxhidrilo)

iones hidr

shidrxido,

cacin: estonesespectanabaseparnicaneta:

cinesprcabasequer

e puede u(esta teoraosdebentenbidoasupeue estn fu

nesacuosaspicasde las.Paraello,

rgeno, H+.

OH.

os iones seadores.Porradarsaly

cticamentereaccionan.

tilizar paraanopuedenerHensuequesimouertemente

ss,

.

ery

e

aeuoe


(4)

1.2TeoradeBrnstedLowryYa has visto que el protn no existe libre en disolucin acuosa, y por lo tanto es incorrectorepresentar la disociacin de un cidomediante la reaccin:HAH+ +A.A partir de ahoradesignarsalprotnendisolucinacuosacomoH3O

+(aq).Aspues,hayqueescribir:

HA+H2OH3O+(aq)+A(aq)

EstareaccinpuedeinterpretarsecomounatransferenciadeunprotnH+delcidoalagua.En 1923, Brnsted y Lowry consideraron todas las reacciones cidobase desde este punto devista.Formularonde formasimultneae independienteunanuevadefinicindecidosybases,msgeneralqueladeArrheniusyquepuedeaplicarseadisolventesnoacuosos.cidoesunasustanciacapazdecederunprotn(aunabase).Baseesunasustanciacapazdeaceptarunprotn(deuncido).Lasreaccionescidobasesonreaccionesdetransferenciadeprotones.

EjemplosdecidosdeBrnstedyLowry EjemplosdebasesdeBrnstedyLowry

MolecularesHCl+H2OH3O

+(aq)+Cl(aq)

H2SO4+H2OH3O+(aq)+HSO4

(aq)

NaOH+H2ONa+(aq)+OH(aq)

NH3+H2ONH4

+(aq)+OH(aq)

AnionesHSO4

(aq)+H2OH3O+ (aq)+SO4

2(aq)

HCO3(aq)+H2OH3O

+(aq)+CO32(aq)

HSO4(aq)+H3O

+(aq)H2SO4 +H2O

CO32(aq)+H2OHCO3

(aq)+OH(aq)

Engeneral HA+H2OH3O+(aq)+A(aq) B+H2OB+(aq)+OH(aq)Debestenerpresentequeslosepuedehablardecidosihayunabaseyviceversa.

En la teora de Brnsted y Lowry las sustancias consideradas cidas en la teora de Arrheniuscontinuansiendocidas,perosehaceevidentequeparaqueelcidosemanifiesteesnecesarialapresenciadeunabase.Amplaelconceptodecidosapartculascargadas:HS,HSO4

,H2PO4y

NH4+ entre otros, pero presenta notables diferencias en el concepto de bases, ya que incluye

molculas neutras e iones, tales como amoniaco, aminas, in carbonato, in sulfuro o inbicarbonato,cuyocomportamientocomobaseseradifcildeexplicarenlateoradeArrhenius.


(5)

Adems,permiteconsiderarreaccionescidobasequenotranscurrenenmedioacuosoyen lasqueno intervienen ionesH3O

+(aq)yOH(aq),comoeselcasodeNH4++NH2

NH3+NH3.Sinembargo,novasatrabajarmasquecondisolucionesacuosas.Esta teora comprendeprcticamente todas las sustanciasque se comportan comobases,perolimitaelconceptodecidoalassustanciasquecontienenhidrgeno.Encambio,existenmuchassustanciasquenocontienenhidrgeno,porloquenopuedencederprotones,y,sinembargo,secomportanexperimentalmentecomocidos:SO3,SO2,CO2,BF3,AlCl3,Ag

+,Al3+,etc.TeoradeLewisTodavaesposibleampliarmselconceptodecidoydebase,demodoque incluyareaccionesquetranscurransintransferenciadeprotones.AlestudiarLewisladistribucindeloselectronesenlamolculasdeloscidosylasbases,sediocuenta de que la reaccin de neutralizacin requera la formacin de un enlace covalentecoordinado(enlugardequecadatomoaporteunelectrnalaformacindeunenlacecovalenteentreellos,losdoselectroneslosaportaunodelostomos).EnlareaccindeneutralizacinH3O

++OHH2O+H2OlabaseOHesundadordeelectronesy

elcidoH3O+unaceptordeelectrones.

Aspues,deacuerdoconlateoradeLewis,uncidoestodasustanciaquepuedeaceptarunpardeelectronesyunabaseunasustanciaquepuedecederunpardeelectronespara formarunenlacecovalentecoordinado.ComparacindeteorasEnestatablatienesunresumendelasdistintasteorascidobase:

Arrhenius Brnsted Lowry Lewis

Teora Teoradeladisociacinoionizacinenagua

Teoraprotnica Teoraelectrnica

Definicindecido DarionesH+enagua Dadordeprotones AceptorpardeelectronesDefinicindebase DarionesOHenagua Aceptordeprotones Dadorpardeelectrones

Reaccincidobase Formacindeagua Transferenciaprotnica Formacindeunenlacecovalentecoordinado

Ecuacin H++OHH2O AH+BA +BH+ A+:BA:B

Limitaciones

Aplicablenicamenteadisolucionesacuosas.LoscidosdebentenerHylas

basesOH

Aplicablenicamenteareaccionesdetransferenciadeprotones.Loscidosdeben

tenerH

Teorageneral

LateoramstilparalasreaccionesmshabitualesesladeBrnstedLowry,queeslaquevasautilizardeahoraenadelante.


(6)

2.EquilibriosdedisociacindecidosybasesLos procesos cidobase sonreversibles. As, cuando unasustanciaHAsecomportacomouncido y cede un protn, el informado A puede aceptar unprotn, actuando como una base,que se llama base conjugada delcido. Anlogamente, cuando unabase (B) acepta un protn, seconvierteenuncido(BH+),puestoquepuedevolveracederelprotn,yquesellamacidoconjugadodelabase.Portanto,unareaccincidobasesepuedeescribirenlaformageneralquevesenlaimagen.Lasespeciesdecadapareja,HA/AyBH+/B,quetomanparteentodareaccincidobase,recibenelnombredeparescidobaseconjugados.Carcterrelativodelconceptodecidoydebase.SustanciasanfterasConvienetenerencuentaque lareaccinreversibleanteriorestarmsomenosdesplazadaenunouotrosentidosegnlosparescidobasequeseenfrenten.Esdecir,queelconceptodecidoodebaseesrelativo.El agua frente alHCl se comporta como base y frente alNH3 se comporta como cido, comopuedesverenlaimagen.

Lassustanciasquepuedencomportarsecomocidoocomobasesellamananfteras.Laurea,decarcterbsicofrentealagua,endisolucinamoniacaltienecomportamientocido.Esdecir,unasustanciaanfteratienecomportamientocidofrenteaunasustanciamsbsicaqueella,ycomportamientobsicofrenteaunasustanciamscidaqueella.


(7)

(NH2)CO(NH2)+ H2O (NH2)CO(NH3)+(aq) + OH(aq)

base1 cido2 cido1 base2(NH2)CO(NH2)+ NH3 (NH2)CO(NH)

(aq) + NH4+(aq)

cido1 base2 base1 cido22.1cidosybasesfuertesydbilesSeguroquesabesqueelsalfumn(disolucindeHClbastanteconcentrada)esuncidopeligroso,mientras que el zumo de limn no, a pesar de ser tambin cido: el HCl es un cido fuertemientrasqueelcidoctricoesuncidodbil.Lomismosucedeconlassustanciasbsicas:lasosacustica(hidrxidodesodio)esunabasefuerte,mientrasqueelamoniacoesunabasedbil.

Qusignificadotienen laspalabras fuerteydbilreferidasauncidooaunabase?Cmosepuedemedirlafuerzadeuncidoounabase?De forma cualitativa y segn la teora deArrhenius, un cido o una base es fuerte cuando endisolucin acuosa se encuentra totalmente disociado, mientras que es dbil si el grado dedisociacinespequeo.Demaneraanloga,enlateoradeBrnstedLowryuncidoserfuertecuandomuestreunagrantendencia a ceder un protn,mientras que una base fuerte presentar una gran tendencia aaceptarunprotn.Siconsiderasunparcidobasecualquieracidobase+protn(HAA+H+)yelcidoesuncido fuerte al tenermucha tendencia a ceder un protn, necesariamente su base conjugadadebertenerpocatendenciaacaptarprotones,porloqueserunabasedbil.Recprocamente,sielcido secomportacomouncidodbil, subaseconjugadadeber tenermucha tendenciaacaptarprotones,porloqueserunabasefuerte.Enrealidad,cuandouncidocedeprotoneslohaceaunabase(distintadelapropiaconjugada),ylatendenciadelcidoacederprotonesdependedelanaturalezadeestabase.PorestaraznelcidoceticoesuncidodbilfrentealaguayuncidofuertefrentealOH.


(8)

As, alestablecerunaescala cuantitativaquepermita relacionar la fortalezadecidos ybases,convieneelegirunasustanciaalaquereferirdemaneracomnlafuerzadelosdistintoscidosybases.Comoelaguaeselmedioenelque tienen lugar lamayorpartede lasreaccionescidobaseyes,adems,unasustanciaquesecomportacomobasedbilfrenteamuchoscidosycomocidodbil frenteamuchasbases,sehaoptadoporelegirlacomosustanciadereferenciaparaexpresarlafortalezarelativadecidosybases.cidosybasesfuertesydbilesEn la tabla siguiente tienes loscidos ybases fuertes ydbilesquedebes saber.En losdemscasos, podrs saber si una sustancia es cido o base dbil porque te darn la constante deequilibrio.

cidofuerte cidodbil BasefuerteBasedbil

HCl CH3COOH(HAc) NaOH NH3

HNO3 H2CO3 Hidrxidos

H2SO4 H2S

FuerzadecidosybasesElcarctercidoobsicodeunasustanciaesrelativo,dependiendodelasustanciaconlaquesecompare.La fuerzadeuncidoodeunabasetambinesrelativaydependede lasustanciadereferencia.Se ha elegido el agua para determinar si una sustancia es cida o bsica,midiendo su fuerzarelativaalagua.Sielcidoolabasesonfuertes,sudisociacinseescribecon,ysisondbilescon.


(9)

2.2ConstantesygradodedisociacinDeunamaneracuantitativa,lafuerzadeuncido(odeunabase)puedeexpresarsemedianteelvalorde la constantedelequilibriode reaccindedichocido (obase) conagua (sustanciadereferencia).As,paraelcasogeneraldeuncidoHAelprocesoes:HA+H2OA

(aq)+H3O+(aq)

]][[]][[

2

3

OHHAOHAKc

+=

Endisolucionesacuosasdiluidas,quesonlasquesemanejanhabitualmente,laconcentracindelaguapermaneceprcticamenteconstante:laconcentracindelaguapuraesde55,555mol/L,yelcidoesdbilsedisociapoco(porejemplo,el1%deunaconcentracininicialdecido0,1mol/L,es decir, 0,001 mol). Por tanto, la concentracin de agua en el equilibrio sera de 55,5550,001=55,554mol/L, por lo que, a efectos de clculo, la concentracin de agua se consideraconstanteeigualaladelaguapura,55,555mol/L).Enconsecuencia,suvalorpuedeincluirseenlaconstantedeequilibrio,conloqueresulta:

][]][[][ 32 HA

OHAKOHK ac+

==

EstaconstanteKasellamaconstantededisociacinodeionizacin(avecesconstantedeacidez),ymidecuantitativamentelafuerzadelcidoHArespectoalagua.CuantomayorseaelvalordeKa,masfuerteserelcido(ymsdbilsubaseconjugadaA).DeformaanlogaseprocedeparalafuerzadeunabaseB:

][]][[

BOHBKb

+=

siendoKb laconstantededisociacinode ionizacindeunabase (constantedebasicidad),quemidelafuerzadeunabase.GradodedisociacinEntrminosdeequilibrioqumico,uncidoounabaseesfuertesisuequilibriodedisociacinesttotalmentedesplazadoaladerecha,enelsentidodelaionizacin.Se sueleutilizarel gradodedisociacin,queeselporcentajede sustanciadisociada. Si xes laconcentracindisociadayc0laconcentracininicialdesustancia,elgradodedisociacines:

1000cx=

Los cidos fuertes como HCl, HNO3 o H2SO4, estn disociados prcticamente en un 100% endisolucionesacuosasnodemasiadoconcentradas.


(10)

Se podra concluir que estos cidos tienen lamisma fuerza. Sin embargo, esto no parecemuyrazonablesi tienesencuenta lasnotablesdiferenciasqueexistenen laestructuramoleculardeestoscidos.Larazndeestaaparienciaresideenelhechodequeelaguasecomportafrenteaestos cidos como una base fuerte y retiene con intensidad el protn que le han cedido,originandoasunatransferenciaprcticamentetotaldelmismo.Elagua,enestesentido,nivelalasfuerzas de los llamados cidos fuertes en disolucin acuosa y decimos, por ello, que es undisolventeniveladordelafuerzadeloscidos.Uncidoobaseestantomsdbilcuantomenoreselgradode ionizacin.En loscidosobasemuydbiles,elgradodeionizacinpuedesermenordel1%.EnlasimulacinpuedesverqueelHClesttotalmenteionizado,deacuerdoconelproceso

HCl+H2OCl(aq)+H3O

+(aq)mientrasqueHAestionizadoenunaproporcinpequea:enlasimulacinsolamenteseveadosmolculasqueseionizan,transfiriendoprotonessegnelproceso

HA+H2OA(aq)+H3O

+(aq)cidosybasesfuertesydbilesSonfuertessielgradode disociacinesdel100%,ydbilessiesmenor,siendofrecuentequeseadelordendel1%.3.EquilibrioinicodelaguaAunquesedicequeelaguapuraesunasustancianoconductorade laelectricidad,en realidadtiene una conductividadmuy pequea, que puedemedirse con aparatosmuy sensibles. Estaconductividad indica que en agua pura deben existir iones, pero en concentraciones muypequeas.Esto significaqueelaguadebeestardisociadaen la formaque se veen la imagen,procesoconocidocomoautoionizacindelagua:

Teniendoencuentaque laconcentracindelaguaesprcticamenteconstante(1000gramosdeagua por litro y 18 gramos pormol son 55,555mol/litro), puede incluirse en la constante deequilibrio,queseexpresaentoncesenlaforma:

Kw=[H3O+][OH]=1014a25C


(11)

Estaconstante,Kw,se llamaproducto inicodelagua.Vasasuponerquesiempre trabajasconaguaycondisolucionesa25C.Paraquetehagasuna idea,se ionizansolamente2deentre555millonesdemolculasdeagua.Enconsecuencia, lareaccincontraria, laneutralizacinentre los ionesOHyH3O

+paraformaraguaserealizardeformaprcticamentetotal.Fjateenqueenaguapura lasdosconcentraciones inicasdebenser iguales,alformarse igualcantidaddeH3O

+quedeOH,siendocadaunade107mol/L,yaquesuproductoesde1014.Aldisolverun cido en aguapura, ladisolucin se vuelve cida, y yano es ciertoque [OH] =[H3O

+]:comoelcidoaportaionesH3O+aladisolucin,aumentarla[H3O

+](sermayorde107),conlocualelequilibriodedisociacindelaguasedesplazarhacialaizquierda,deacuerdoconelprincipiodeLeChatelier.Portanto,disminuirla[OH](seharmenorque107),detalformaqueelproductodeambasconcentraciones,Kw,permanezcaconstante.

H2O+H2OH3O++OH

Esta influencia que ejercen los ionesH3O

+ sobre la concentracin de los ionesOH es un casoparticulardelfenmenoqueyaconocesllamadoefectodelincomn.Enestecaso,elH3O

+eselincomnentreelaguayelcido:alaumentarla[H3O

+],disminuyelaautoionizacindelagua.De forma anloga, si en agua pura se disuelve una base (disolucin bsica), aumentar laconcentracindeionesOHydisminuir,enlamismaproporcin,laconcentracindeionesH3O

+,deformaqueKwtambinpermanezcaconstante.Enresumen,lasdisolucionesacuosassonneutras,cidasobsicas,cuando:

Disolucinacuosa Acualquiertemperatura A25C,enmolL1Neutra [H3O

+]=[OH] [H3O+]=[OH]=107

cida [H3O+]>[OH]

[H3O+]>107

[OH]


(12)

CH3COOH(aq)+H2OCH3COO(aq)+H3O

+(aq)

][]][[

3

33

COOHCHOHCOOCHKa

+=

CH3COO

(aq)+H2OCH3COOH(aq)+OH(aq)

][]][[

3

3

=

COOCHOHCOOHCHK b

wba KOHOHCOOCHOHCOOHCH

COOHCHOHCOOCHKK ==== +

+]][[

][]][[

][]][[

33

3

3

33

ab K

K1410=

EstarelacinpermitecalcularKbapartirdeKa,oviceversa.Porello,haytablasconvaloresde laconstantedeacidezobasicidaddelassustancias,peronodesusbasesocidosconjugados.4.Concepto,escalaymedidadelpHParaestablecer cuantitativamente la acidezobasicidaddeunadisolucin,en lugardeusar lasconcentracionesdeOHoH3O

+resultamscmodousarsulogaritmocambiadodesigno,llamadopOHypHrespectivamente.

pH=lg[H3O+] pOH=lg[OH]

ElcambiodesignosehaceconelfindequeelpHseaunnmeropositivo(aunquenosiempre,senlamayoradeloscasos).La idea de la escala de pH, esto es, de tomar el logaritmo decimal cambiado de signo, se hageneralizadonosoloparaexpresarlaconcentracindeotrosiones,sinotambindeconstantesdeequilibrio,sobretodocuandosonpequeas.As,porejemplo,seutilizaconmuchafrecuencia lanotacin:pKa=logKa.

HayquesealarqueelpHseindicacondoscifrasdecimalescomomximo,yaquelasensibilidaddelosmtodosexperimentalesdedeterminacinnopermitedeterminarconprecisinlatercera.Enlassituacionesquedebesresolver,conunasolacifradecimalessuficiente.


(13)

ElpHsemideutilizandomedidoresdepH,comoelqueseveenlaimagen.Sonaparatosdigitalesque se introducen en la disolucin y directamente dan el valor del pH. El fundamento de sufuncionamientoloversalestudiarlaelectroqumica.La formamssencilla,peroqueproporcionaresultadosmenosprecisos,esutilizarpapelpH.Setratadeunpapelquetomauncolordistintoycaractersticosegnculsea laacidezobasicidaddeladisolucin.Parahacerlamedida,simplementesemojauntrozodepapelconladisolucin,ypasadosunosmomentossecomparaconlaescaladecoloresquevesenlaimagen.Convienequetengaspresenteque,debidoalcambiode signo en el logaritmo, la escala de pH va ensentido contrario al de la concentracin de ionesH3O

+:esdecir,queelpHdeunadisolucinaumentaamedidaquedisminuye[H3O

+],osea,laacidez.EnlaimagenpuedeshallarlarelacinentreelpHelpOH y las concentracionesmolares de [H3O

+] y de[OH] .ObservaqueaunpH=2 le correspondeuna[H3O

+]=102M,unpOH12yuna[OH]= 1012M.pHypOHComo pueder ver en la imagen anterior, la sumadelpH y elpOH es 14. Se deduce tomandologaritmosycambiandodesignoenlaexpresindelproductoinico1014=[H3O

+][OH].FilologaypHElconceptodepHlopropusoSrensenen1909.EraelencargadodeloslaboratoriosdelacervezaCarlsberg,yestudiando losefectosde laacidezenel funcionamientode lasenzimasquehacenfermentarlacervezavilanecesidaddeunamedidaclaraybiendefinidadelaacidez.Aunque sehanhechomuchas interpretacionesposterioresdel significadode lap (potenciadehidrgeno,potencialelectroqumico,etc), lociertoesqueSrensenutiliz las letraspyqen lasecuacionesquepantealdefinirelpH,sindarlesningnsignificadoespecial,relacionndoloconlaconcentracindeH+,yescribiendoeltrminocomopH,ynoPh,niph.5.IndicadoresLos indicadores cidobase son sustancias que experimentan un cambio de color apreciable alvariar suficientemente el pH de la disolucin en que se encuentran. Desde el punto de vistamolecular,soncidosobasesdbilesquesecaracterizanportenerdistintocolorelcidoquesubaseconjugada.Setratadedisolucionesdeciertoscolorantesorgnicosdeestructuracompleja.Paraexplicarelmecanismode funcionamientodeestos indicadores, considerael indicadorHIn(cidodbil),queendisolucinacuosaestableceelsiguienteequilibrio:

HIn + H2O In + H3O

+formacida formabsicacolor1 color2


(14)

Comoenaguacoexisten losdosespeciesqumicas,HIndecolor1yIn de color2, resulta que se ve el color de lamezcla de ambas,dependiendodelascantidadesrelativasquehayadeunaformaodelaotra.Ahorabien,endisolucionescidas,alsergrandela[H3O

+],elequilibrio anterior estmuy desplazado hacia la izquierda, con loquehaymuchacantidaddeHInypocadeIn,con loquedominarelcolordelaformacida,color1.Quocurriralaadirunabasea ladisolucin?Secombinarconlos iones[H3O

+]ysereducirmuchosuconcentracin.Elequilibriosedesplazahacia laderecha,conloqueelindicadorviraalcolor2.Paraqueseapreciebienelcambiodecolor, lasconcentracionesde la formacida,HIn,yde laformabsica,In,debensersuficientementediferentes(unasdiezvecesmayorunaqueotra).Paraelloesnecesarioquecambiebastantela[H3O

+].Esdecir,queelcambiodecolorseproduceenunintervalodepHdeentreunaytresunidadesdepH.En la imagen puedes ver el cambio de color del azul de bromotimol a la izquierda, y de lafenolftalenaaladerecha,endisolucionescida,neutraybsica,respectivamente.5.1MedidadelpHCada indicador tiene un intervalo de viraje caracterstico, es decir, un entornoms omenosreducidodeunidadesdepHdentrodelcualserealizaelcambiodecolor.Un indicadorestantomstil cuantomenores su intervalode virajeyde formams clara tiene lugarel cambiodecolor.Enlaimagenpuedesveralgunosindicadorescidobasejuntoconsuintervalodevirajeyelcolorquepresentanensuformacidaybsica.

MedidadelpHutilizandoindicadoresElpHdeunadisolucinsepuedemediraproximadamenteutilizando indicadores.Paraello,hayqueprepararvariasmuestrasdeladisolucinentubosdeensayo,yaadiracadaunounasgotasde indicador. Segn el color que toma cada uno se puede ir acotando el valor del pH de ladisolucinhastaaproximadamenteunaunidad.


(15)

ElintervalodevirajedelosindicadoresConsiderandounindicadorqueescidodbil,HIn+H2OIn

+H3O+,laconstantedeacidezes:

][]][[ 3

HInOHInKHIn

+=

Sitomaslogaritmos,cambiasdesignoydespejas,obtienesque:

][][log

HInInpKpH HIn

+=

Silaconcentracindeunadelasformases10vecesladelaotra,sucolorseverdeformaclara.Cuando[In]=10[HIn],ellogaritmodelcocientees1,ysi[HIn]=10[In],ellogaritmoes1.Portanto,puedesescribirque:

1= HInpKpH Enresumen,si larelacindeconcentracionesestdentrodel intervaloenqueunaesmenordediezveceslaotra,elcolornoesttotalmentedefinido,yelindicadorseencuentraenlazonadeviraje,quetieneunaanchuradedosunidadesdepH(elpKHIn1).Con la expresin del pH tambin puedes ver por qu los indicadores cambian de color endiferentes zonasdepH:elbromotimolvira sobre7,mientrasqueelnaranjademetilo lohacesobre 3. El puntomedio de la zona de viraje corresponder al color intermedio, que se darcuando las concentraciones de las dos formas sean iguales, con lo que pH = pKHIn. Como lasconstantesdeacidez(obasicidad)sondistintasparalosdiferentesindicadores,viranenzonasdepHdiferentes.Porltimo,fjateenelazuldetimol,quetienetrescoloresdiferentesrojo,amarilloyazulcondoszonasdeviraje.Necesariamentedebertenertresformasconcoloresdistintos,para loquedeberseruncidocondosprotones,H2In,quedalugaraHIn

enunaprimeraionizacin,yIn2enunasegundafase. 6.ElpHdedisolucionesdecidosybasesYa sabes que los cidos y las bases fuertes estn disociados totalmente,mientras que si sondbileselgradodedisociacinespequeo.Peroestoesciertosiempre?EnlasdisolucionesdeHClmuyconcentradas,elgradodedisociacinnoesdel100%,porqueseformanparesinicosdebidoalaelevadaconcentracindeionesenladisolucin,quehacequeestnmuycercayseunan.Enlasdisolucionesconlasquevasatrabajar,conconcentracionesdelordende1mol/Lomenos,ladisociacinestotal,ynotendrsencuentalaexistenciadeparesinicos.


(16)

Porotrolado,enloscidosobasesdbilesseobservaqueelgrado de ionizacin es mayor cuanto menor es laconcentracin de la sustancia. Para ello, no hay mas quedeterminar la composicin en el equilibrio, sabiendo laconcentracin de la disolucin de cido y la constante deequilibrio.Fjate en la grfica y vers que el grado de disociacin seacercaalaunidad(el100%)aconcentracionesmuypequeas,mientrasqueenelcidofuertesiempreeslaunidad(silaconcentracinnoesmuygrande,comoyahasvisto).Para realizarun tratamientoexactodelequilibriodeuncidoodeunabasedbilesnecesarioconsiderartambinelequilibriodedisociacindelagua,quepresentaelefectodelincomnconelcidoo labasea travsde los ionesH3O

+OH.Enambos casos,aun siendodbilelcidopodrsdespreciar la concentracin inicial inicadelagua (107).De todosmodos,alobtenerelresultadofinalpuedescomprobarquelaaproximacinquehashechoescorrecta.ElequilibriocidobaseencidospoliprticosAlgunos cidos dbiles son poliprticos, esto es, contienen ms de un tomo de hidrgenoionizable.Dichoscidos se ionizanenetapasconunaconstantedeequilibrioparacadaunadeellas.Porejemplo,elcidofosfrico,uncomponentehabitualdelosrefrescosdecola,esuncidotriprtico:

H3PO4+H2OH2PO4+H3O

+][

]][[43

3421 POH

OHPOHKa+

=

H2PO4+H2OHPO4

2+H3O+

][]][[

42

32

42

+=

POHOHHPOKa

HPO42+H2OPO4

3+H3O+

][]][[

24

33

43

+=

HPOOHPOKa

Elcomportamientodelcidofosfricoestpicodetodosloscidospoliprticos:Losaniones intermedios formados (H2PO4

,HPO42 ) sonespeciesanfterasyproducenun in

H3O+enlasiguienteetapa.

Laconstantedeequilibriodelcidovadecreciendoencadaetapasucesiva:Ka1>Ka2>Ka3.6.1DeterminacindelpHdecidosybasesfuertescidosfuertesUncido se considera fuerte si suconstantededisociacinKaesmuyelevada.Eneste caso sepuede considerarque la reaccinde transferenciadeprotoneses total,esdecir,el cidoesttotalmentedisociado.


(17)

Si la concentracin inicialdelcidoesmayorde106M, sedesprecia la concentracindeH3O+

aportadaporelagua (alrededorde107M),queesmuypequea comparada con ladelcido.Adems,segnelprincipiodeLeChatelier,ladisociacindelaguaesmenorporlapresenciadelosionesH3O

+aportadosporelcido.La concentracindeH3O

+yelpH se calculan fcilmenteapartirde la concentracin inicialdelcido.BasesfuertesUnabasecuyovalordeKbesmuyelevadosedenomina fuerte.Puedeconsiderarseque toda labaseestdisociada.Paracalcular laconcentracindeOHserealizanaproximacionessimilaresalasquesehacenconloscidos.6.2DeterminacindelpHdedisolucionesdecidosybasesdbilesEn las imgenespuedesverdisolucionesdecidoactico,en formadevinagrecomercial,ydeamoniaco, comodisolucin limpiadora, losdosejemplos tpicosdecidodbil ydebasedbil.CmosecalculasupH?cidosdbilesSi la constante de equilibrio Ka es pequea, elcido es dbil. El cido HA est parcialmentedisociado,yenelequilibriohabrHA,AyH3O

+,cuyas concentraciones estn relacionadasmedianteKa.Paracalcularelvalordelasconcentracionesenelequilibrio y determinar el pH se hacen dosaproximaciones:

SiKa>KwsepuededespreciarlacantidaddeH3O

+aportadaporelagua. Sic0>KasepuededespreciarlacantidaddecidodisociadodebidoalpequeovalordeKa,

[HA]eqc0.BasesdbilesSielvalordelaconstanteKbespequeolabaseesdbil.LabaseBestparcialmentedisociadayenelequilibriohabrB,BH+yOH,cuyasconcentracionesestnrelacionadasmedianteKb.ParadeterminarelpH sehacen tambin lasmismasaproximacionesqueparaelcasodelcidodbil:

SiKb>KwsepuededespreciarlacantidaddeOHaportadaporelagua. Sic0>KbsepuededespreciarlacantidaddebasedisociadadebidoalpequeovalordeKb,

[B]eqc0.PlanteamientodelosequilibriosTienesqueescribirelequilibriodelcidoodelabase,anotarlosdatosdecomposicininicialyenelequilibrioypasarlosalaexpresindelaconstantedeequilibrioparadeterminarlasmagnitudesquetengasquecalcular.


(18)

ResolucindeequilibrioscidobaseFjateenquesontresdatosoconjuntosdedatos(composicininicial,composicinenelequilibrioyconstantedeequilibrio),delosqueconociendodospuedescalculareltercero.7.ElpHdedisolucionesdesalesLasdisolucionesdealgunassalesneutras(quenocontienenHnigruposOH),contrariamentealoquepodrassuponeraprimeravista,presentancarctercidoobsico.As,porejemplo,cuandosedisuelveenaguaacetatodesodio, ladisolucinresultanteesbsica.Encambio, ladisolucinde cloruro de amonio es cida. Cmo puedes explicar el distinto comportamiento de estasdisoluciones?Cuandounasalsolublesedisuelveenagua,susionesseliberandelaredcristalina:

KCl(s)+H2OK+(aq)+Cl(aq)

Na2CO3(s)+H2O2Na+(aq)+CO3

2(aq)Muchos iones son cidos o bases de BrnstedLowry y reaccionan con el agua cediendo oaceptando protones.De hecho,muchas veces el soluto utilizado para preparar una disolucincidaobsicaesunasal.Elcomportamientocidoobsicode lasdisolucionesacuosasdesalesneutrassedebeaquealmenosunode los ionesde la sal reacciona conelagua, loque recibeelnombredehidrlisis.Literalmente,hidrlisissignifica"roturapormediodelagua".EnlateoradeBrnstedLowry,lahidrlisisessimplementeunareaccindeltipocidobase,enlaque un anin (base) reacciona con el agua (que acta como cido), o bien un catin (cido)reacciona con el agua (que acta como base). Por ello, aunque se conserva por tradicin elnombredehidrlisis,stanorequiereuntratamientoespecialdesdeelpuntodevistaterico.Cmopuedespredecirsiladisolucinenaguapuradeunadeterminadasalsercida,bsicaoneutra?

1. DeterminaquefectotendrelcatinsobreelpHdeladisolucin.2. DeterminaquefectotendrelaninsobreelpHdeladisolucin.3. Decideculdelosefectosanterioreseselpredominante(notevasaencontrarconcasos

enlosquelosdosionessehidrolicen).7.1EquilibriosdehidrlisisYahasvistoantes (3.Equilibrio inicodelagua) la relacinentre lasconstantesdeacidezydebasicidadenunparcidobaseconjugados,demaneraquesuproductoesKw,10

14.Ahoravasautilizaresas relacionesalconsiderar lahidrlisisde ionesquese transformanencidosobasesdbiles.Laconstantedeacidezobasicidaddelinrecibeelnombredeconstantedehidrlisis,Kh.


(19)

HidrlisisdeuncatinEn las salesdeamonio,porejemplo,elcatinesel ionNH4

+.Este inesuncidodeBrnstedcapazdecederunprotn.Lareaccindeesteinconelagua(hidrlisisdelionamonio)produce,pues,ioneshidronio:

NH4+(aq)+H2ONH3(aq)+H3O

+(aq)

)(][]][[)(

34

334 NHK

KNH

OHNHNHKb

wh == +

++

Engeneral,cualquiercatincuyabaseconjugadaseadbiltendr,enmayoromenormedida,caractercido.Silabaseconjugadaesfuertenohayhidrlisis,yaqueesmsestableelcatinqueelhidrxido;esloquesucedeconNa+yNaOH.HidrlisisdeunaninAldisolverKClenagua,elanin liberado, ionCl,es labaseconjugadadelHCl.Porsersteuncidofuerte,elinClserunabasemuydbilynoaceptarprotonesdelagua.Portanto,elClnosehidrolizaparadarlugaraHCl.Losanionesdetodosloscidosfuertes(Cl,Br,I,NO3

,ClO4)

secomportandeunmodosimilar.Sinembargo,sidisuelvesCH3COONa,elanin liberado,el ionCH3COO

,es labaseconjugadadelCH3COOH.Dadoquesteesun cidodbil,el inCH3COO

tiene cierta tendencia a captarunprotn,inclusodeuncidotandbilcomoelagua,establecindoseelequilibrio:

CH3COO(aq)+H2OCH3COOH(aq)+OH

(aq)

)(][]][[)(

33

33 COOHCHK

KCOOCH

OHCOOHCHCOOCHKa

wh ==

Los ionesOHproducidoshacenque ladisolucinseabsica.Engeneral,todoanindeuncidodbilsermsomenosbsico.Un anin cuyo cido conjugado seadbil sehidrolizadando ionesOH.Un anin cuyo cidoconjugadoseafuertenosehidroliza.TipodesalypHHay cuatro tipos de sales, dependiendo de si el cido o la base que las han producido porneutralizacinsonfuertesodbiles.


(20)

7.2DeterminacindelpHdesalesAhora vas a calcular el pH de algunas disoluciones desales, as como el grado de hidrlisis en cada caso.Utilizars el simulador anterior para saber previamenteel resultado y comprobarlo despus de resolvernumricamenteelproblema.

FjateenelcolorquetomaelpapelpHencadaunadelassituacionespropuestas,yrecuerdaque1E05significa1105.

Seleccionael casoque te interesa (ademsde con sales, tambinpuedes trabajar concidosybasesfuertesydbiles),marca la incgnitaadeterminare introduce losvaloresde lasotrasdosmagnitudes. 8.DisolucionesreguladorasdelpHEn general, el pH de las disoluciones vara bruscamente al aadir cidos o bases. InclusoaadiendocantidadespequeasadisolucionesdepHintermedio,lasvariacionespuedensermuyapreciables,devariasunidadesdepH.Tambin cambia el pH al diluir, pero en este caso el efecto esmuchomenor: al aumentar elvolumendiezveces, laconcentracin se reducea ladcimaparte,peroel logaritmodisminuyesolamenteunaunidad,ylavariacindepHes1.Sin embargo, hay disoluciones que se caracterizan porque su pH permanece prcticamenteinvariabletantopordilucincomoporadicindecantidadesmoderadasdecidoodebase.Estasdisolucionessellamanreguladoras,amortiguadorasotampon.Unadisolucin reguladoradebe conteneruna concentracin relativamente grandedeun cidoparareaccionarcon los ionesOHquese leaadan,ytambindebecontenerunaconcentracinsuficiente de una base para neutralizar los iones H3O

+ que se le agreguen. Adems, loscomponentescidoybsicodelamortiguadornodebenconsumirseentresenunareaccindeneutralizacin.Estosrequisitossesatisfacenconunparcidobaseconjugados.


(21)

En laprctica sepreparanmezclando,enconcentracioneselevadas,uncidodbil (ounabasedbil)yunadesussalesquecontengasubaseconjugada,(osucidoconjugado):cidoactico+acetatodesodio,amoniaco+clorurodeamonio,cidocianhdrico+cianurodepotasio,etc.FjateenlasimulacinyversquealaadirH+oOHelacetatosetransformaencidoacticooalrevs,demaneraquedesaparecenlascantidadesaadidas,quedebenserpequeasfrentealasquehabainicialmentedecidoodesal. ImportanciadelosmediostamponadosLa utilizacin de disoluciones amortiguadoras para obtenermediostamponadosesmuy importante,yaquehaymultitudde reaccionesqumicasquenicamente seproducen enunestrecho intervalodepH. Usando disoluciones amortiguadoras se pueden tamponarmediosprcticamenteentodoelintervalodepH.LasdisolucionesamortiguadorassonmuyimportantesenBioqumica,yaquelamayorpartedeloslquidosdelosorganismostienenunpHcaracterstico,alestarreguladosporvariossistemas.Porejemplo,elpHdelasangrees7,35ysusvariacionesnormalessoninferioresa0,1unidades, siendo fatal un cambio de pH de 0,4 unidades, la salivatieneunpHde6,9;labilis7,7;eljugopancretico8,3;etc.8.1ElpHdelasdisolucionesreguladorasVasatomarcomoejemploeltamponcidoacticoacetato.Laconcentracindelcidoescayladelasal,acetatodesodio,escs.Hayqueconsiderarlasreaccionesdedisociacindelcidoacticoydedisolucindelacetatodesodio(staseproducetotalmentealserunasalsoluble).Sesuponedespreciableelequilibriodelagua.

Debidoaque lasalproduce ionesacetato,elequilibriode ionizacindelcidosedesplazaa laizquierda,conloqueelcidoacticoseionizatodavamenosqueenaguapuraporefectodeincomn.ParacalcularelpHdeunadisolucintamponhayqueconsiderarquelaconcentracindeacetatoen el equilibrio se debe a la disociacin de la sal y casi nada a la del cido,mientras que laconcentracindeacticoesprcticamentelainicialdelcido,porloque:

xcc

xcxxc

COOHCHOHCOOCHK

a

c

a

sa +

+==+

)()(

][]][[

3

33


(22)

Es importanteque tedes cuentadequedebes resolverelequilibrioexactamente igualqueencualquierotrocaso.Fjateenquesicaycssoniguales,entoncesx=[H3O

+]=Ka,independientementedelosvaloresdecaycs.Aunquenoesestrictamentenecesaria,sesueleutilizarlaexpresinsiguiente:

a

sa

s

aa c

cpKpHccKOHx log][ 3 += +

9.ElpHdelasmezclasEsmuyfrecuentetenerquecalcularelpHdeunamezcla de cidos, bases o sales. A veces, en unrecipientehaymezcladosdoscidos,ouncidoyuna base, o un cido y una sal, o dos sales, etc.Adems,loscidospuedenserfuertesodbiles,ylos iones de las sales hidrolizarse o no. Comopuedes ver, hay una gran cantidad de casosposibles.Sin embargo, el anlisis que hay que hacer paracalcularelpHesbastantelgicoysencillo.1.Analizasihayreaccinono lahay(solamenteseproduce laneutralizacinalmezclarcidoybase), determinando la composicin final tras la reaccin (tienes que calcular la cantidad desustanciadesalformada,losposiblesexcesosdecidoodebaseyelvolumentotaldedisolucin).Haytrescasosposibles.a)nosobracidonibase(alfinalsolamentehaysal,quepuedehidrolizarseono).b)sobracido(alfinal,haysal,quepuedehidrolizarseono,ycido).c)sobrabase(alfinal,haysal,quepuedehidrolizarseono,ybase).2.Determina el tipodemezclade laquehayque calcular elpH (por ejemplo, salqueno sehidroliza,osalquesehidrolizaconexcesodecido,omezclaamortiguadora,etc).3.Plantea losequilibrioscidobasequeseproducen,ymirasipuedesrealizaraproximacionesquesimplifiquenlasituacin(porejemplo,enlamezcladeuncidofuerteyunodbil,sepuededespreciareldbilaefectosdecalcularelpH).Tepuedesencontrarcontrescasosposibles:a)cidoobasedbiles(equilibriodeionizacindelcidoolabase).b)saldecidoobasedbiles:equilibriodehidrlisisparaformarelcidoolabasedbiles.c)mezcladecidoobasedbilesconsusal(mezclaamortiguadora):equilibriode ionizacindelcidoolabasedbiles.


(23)

10.VolumetrascidobaseElanlisiscuantitativoEltrabajomsfrecuenteentodos los laboratoriosqumicosconsisteen larealizacindeanlisiscualitativos (qusustanciashayenunamuestra?)ycuantitativos (cuntohaydecadaunadeellas?).Elanlisiscuantitativodetermina lascantidadesdesustanciasqumicasexpresadascomopureza de muestras o concentracin de disoluciones. Por ejemplo, determinar el % de undeterminadometalcontenidoenunmineral,el%decidoacticoenunvinagre,laconcentracindecloroenelagua,etc.Silamuestraesslida,casomuyhabitual,lomsprcticoesdisolverlaenagua,normalmenteporreaccin con cidos, y llevar la disolucin hasta un volumen perfectamente determinado, paraaplicar posteriormente a esa disolucin tcnicas experimentales con objeto de determinar suconcentracin.Deentreesastcnicas(mtodospticos,elctricos,gravimetrasyvolumetras),solamentevasatrabajarcon lasvolumetrasovaloracionesvolumtricas,queconsistenenmedirvolmenesdedosdisoluciones,unadeellasdeconcentracinconocida,paradeterminarlaconcentracindelaotra.ValoracionesvolumtricasLosmtodosvolumtricossonlosmssencillos,y,adems,elmaterialnecesarioesbarato.Fjateenqueseusaunsoporteconunapinzadebureta,unabureta yunerlenmeyer (adems,hace faltaunapipetaparamedir con precisin el volumen de disolucin que se aade alerlemenyer).Conuntrabajoadecuadoporpartedelexperimentadorseconsiguenerroresmenoresdel1%.Las reacciones qumicas en una valoracin volumtrica deben sercompletas, rpidasy sedebedeterminarcon facilidadelpunto finalde la reaccin, en el que se produce la neutralizacin total. Lasreacciones de neutralizacin cidobase cumplen estas trescaractersticas.En lasvolumetras sedisponededosdisoluciones,de formaqueunvolumendeterminadode ladisolucindeconcentracindesconocida(25mlgeneralmente)secolocaenelerlenmeyer,ysellenalaburetaconladisolucinvalorante,deconcentracinconocida.Tambinsepuedecolocarladisolucindeconcentracinconocidaenelerlenmeyeryladeconcentracinadeterminarenlabureta.Sevaaadiendodisolucindesdelaburetahastaqueseobservaelfinaldelareaccin,pormediodel cambiode color del indicador. En esemomento, se lee el volumen aadido de disolucin,segnlaescaladelabureta.RealizacindeunavolumetracidobaseEnprimerlugar,setomaunaciertacantidaddeladisolucinproblemaavalorar,ysesitaenunmatrazerlenmeyer,juntoconunasgotasdeindicador.Laeleccindelindicadorsehaceteniendoencuentaelcidoylabasequereaccionan,comoversmsadelante.


(24)

Despus se toma disolucin del agente valorante de concentracin conocida, previamentepreparada,yconellasellenalabureta.Elagentevaloranteseruncidosielproblemaavaloraresunabase;anlogamente,elagentevaloranteserunabasesielproblemaavaloraresuncido.Porltimo,sevaaadiendopocoapoco ladisolucinde labureta,agitandoelerlenmeyerparalograrunamezclarpidadeambosreactivos.Estaadicinsedetieneenelmomentodelvirajedelindicadorauncolorpersistente(puntofinaldelavaloracin).Estecambiodecolorindicaquelascantidadespuestasareaccionarhansidolasestequiomtricas.10.1LaneutralizacinVasaverunaexplicacin terica,basadaen la teoradeBronstedLowry,delprocesoque tienelugarcuandouncidoreaccionaconunabase,enlareaccinllamadadeneutralizacin.ReaccinentreuncidofuerteyunabasefuerteToma como ejemplo de cido fuerte el cido clorhdrico,HCl(aq).Yasabesqueenestadisolucinacuosalaionizacinescompleta(losionespresentessonelinH3O

+(aq),yelioncloruro, CI(aq)). A esta disolucin se le aaden pequeascantidadesdeunadisolucinacuosadehidrxidodesodio,NaOH(aq)(losionespresentesenlamismasonelionsodio,Na+(aq),yelionhidrxido,OH(aq)).La reaccin que ocurre la puedes escribir de la siguienteforma:

Cl(aq)+H3O+(aq)+OH(aq)+Na+(aq)2H2O+Na

+(aq)+CI(aq)quesepuedesimplificarcomo:H3O

+(aq)+OH(aq)2H2OEstareaccinescompleta,independientementedequeelcidoolabaseseandbiles,yaquesuconstantedeequilibrioesmuygrande(es1014a25C,porserelprocesoinversodelaionizacindelagua).Como vas aadiendo pequeas cantidades de base fuerte a la disolucin de cido fuerte, lareaccindeneutralizacinesunprocesoque tiene lugarmientrasexisten ionesH3O

+(aq). Esteproceso deja de producirse cuando los iones H3O

+(aq) han reaccionado completamente. Elloocurrecuandolascantidadesdelcidoydelabaseestnenlarelacinestequiomtrica,queesunmoldecadasustanciaenelejemplo.Eneseinstante,lasituacinqumicaqueresultacorrespondealadeunadisolucinacuosadelasalformada;enestecaso,declorurodesodio(ionesNa+(aq)yCl(aq)).ReaccinentreuncidofuerteyunabasedbilComo ejemplo de base dbil puedes elegir el amoniaco. En disolucin acuosa, se establece elequilibrio:

NH3(aq)+H2O(l)NH4+(aq)+OH(aq)

Qumica2dTema4.Equ

Qu ocurfuerte,porComosepioneshidrhacialadeseneutraliEsdecir,aelprocesoreaccionarLomismohidrxidod10.2ValoEl problemdeterminaelcido(ocido).EseequivalencrecomiendRecuerdaqconunacocambio neviraje y lacolor se copresente qestprximdosunidadEl punto dperceptibleimportanteneutralizacpuntodenLosindicad

Sedet

Elpdefina

Sedur


rre cuandorejemploH

roducelanxidopreseerecha,disozamsamo

pesardeseodeneutrarguardanlasucedesiredesodio.

oracine

ma de unarelpuntodo labase)nepuntotamcia,pero sedanoutiliza

queunindionstantedeeto de colobanda deonoce comque el intemoasupKades(pH=p

de una valeyquepee elegir ecin.Deesneutralizaci

doresenlahan de uttectarelcampuntodenevirajedel ialconelputoma comorante20o3

obase

se le aadCl,aunque

neutralizacientesenlaocindoseuoniaco,hast

erunabaselizacinsearelacineseaccionanu

indicador

valoracindeneutralizeutralizato

mbinrecibee tratadeur.

icadorcidoeacidezKaor del indpH que co

mo intervaloervalo de vaopKbyvapKa1;p

oracin crsistealml indicadortamanera,n.

valoracinilizar pequmbiodecoleutralizacindicador,pntodeneuto punto fin30s.

den pequepodraser

nconlosiodisolucin,nporcentajtaqueseco

dbil,lanecompletacstequiomtuncidod

res

cidobasezacinopuotalmenteaeelnombreuna termin

obaseesu(ounabaseicador se correspondeo de viraje.viraje de loraaproximH=pKb1

idobase enenosduranr con un,el cambio

eas cantidor1o2gotndelavaloparaasevitralizacin.nal el prim

(25)

as cantidacualquiero

onesH3O+q

loquehacjemayordeonsumetot

eutralizacicuando lascrica,1molbilconuna

e consisteuntoenelqa labase(oedepuntoologaque

uncidodedbil,Kb)conoce comal cambio.Debes tenos indicadomadamente;pH2).

n que el innte20 s sepunto finadecolord

dades de intasdeunadoracindebtar loserro

er cambio

des de unatro?

queoriginaequeeleqeNH3.Confoalmente.

nseproduccantidadesdecidopobasefuerte

enqueoaldese

bil,.Elmodenerresen

ndicador exdenominaal lo msdel indicado

ndicador, ydisolucinabequedarcoresdebido

de color n

a disolucin

elcido,sequilibriodelormeseva

cedeformadelcidoyorcadamole;porejem

xperimentapunto finaprximo

or seprodu

ya que resualcohlicadcomprendidosa lanoc

neto detect

n acuosa d

evanconsuamoniacoaadiendo

atotal,demyde labasedebaseen

mplo,cidoa

a un cambialde lavalposible aluce, justam

ultan suficidelindicadododentrodecoincidencia

able que p

e un cido

umiendolosevolucionemscido,

maneraqueepuestosanestecaso.acticocon

o de colororacin.Espunto deente,enel

entes pararal0,1%.elintervaloadelpunto

permanezca

o

se,

ea

n

rsel

a

oo

a


(26)

CambiodepHyeleccindeindicadorLasvaloracionescidobasetienensufundamentoenelcambiobruscodelaconcentracindelosionesH3O

+queseproduceenelpuntodeneutralizacin.

Vamosaverestoconunejemplosencillo: lavaloracinde25cm3deunadisolucin0,100MdeHCl(enelerlenmeyer)conotradisolucin0,100MdeNaOH(seaadedesdelabureta).Fjateenlaimagensiguiente:comolareaccindeneutralizacinseproducemolamol,laneutralizacinseproducircon25cm3dedisolucindeNaOH0,100M.

Laconcentracin inicialde los ionesH3O+es0,100M(comoesuncidofuerte, ladisociacines

total)y,portanto,supHes1,0.Al iraadiendodisolucindeNaOH,sevaneutralizandoelHCl,peroelpHvaramuypococomoseapreciaenlaimagen.As,porejemplo,cuandosehanaadido24 cm3 de disolucin de NaOH, es decir, que falta por aadir 1 cm3 para llegar al punto deneutralizacin, sepuedecalcularqueelpHes2,69,como se indicaen la tabla. Incluso,cuandoslofaltaporaadir0,1cm3deNaOH,elpHes3,70.EnelpuntodeneutralizacinelpHes7.Encuantosehaaadido0,1cm3porexcesodeNaOH,elpHes10,30;ycuandoelexcesoesde1cm3,elpHes11,29.Seobservaasqueen lasproximidadesdelpuntodeneutralizacinseproduceunsaltodepH(deunas7unidades),quepuedeponersedemanifiestoconcualquier indicadorcidobase;porejemplo,aadiendounasgotasdedisolucinde tornasol.Antesdelpuntodeneutralizacin, ladisolucinque seestvalorando (cida) tomarcolor rojo,queviraraazul,nadamspasarlo(disolucinbsica).


(27)

Cuandosevalorauncidodbil(comocidoactico)conunabasefuerte(NaOH),elsaltodepHesmenory,porotraparte,enelpuntodeneutralizacinladisolucinesyabsica(pH>7),puestoquesehidrolizaelinacetato.Anlogamente,cuandosevaloraunabasedbil(amoniaco)conuncidofuerte(HCl),tambinesmenorelsaltodepHy,adems,enestecaso,ladisolucinescida(pH


(28)

Desde el punto de vista operativo, se trata simplemente de resolver un problema deestequiometra, teniendo en cuenta las cantidades de sustancia de cido y de base quereaccionan.Elcasomssencillo,ymuyfrecuente,sedacuandoreaccionaunmoldecidoconunmoldebase,como sucede con HCl y NaOH. Por tanto, n(HCl) = n(NaOH). Las cantidades de sustancia lasexpresarscomocV(concentracinporvolumen)sisetratadedisoluciones,ocomom/M(masaentremasamolar)sisetratadeslidos.Enotroscasos,comosucedealreaccionarelH2SO4oelCa(OH)2,queproducendos ionesH3O

+odos ionesOH,simplementedeberstenerloencuenta:si lareaccinesentreNaOHyH2SO4, laneutralizacines:

H2SO4+2NaOHNa2SO4+2H2OPor tanto, reaccionan dosmoles de hidrxido por cadamol de cido; es decir, n(NaOH) = 2n(H2SO4). Tambin puedes utilizar factores de conversin o bien escribir la proporcin decombinacinconstantepararesolverelproblemaestequiomtrico:

queselee"1moldeH2SO4reaccionacon2moldeNaOH".LaboratorioVasadeterminarlacomposicindeunvinagrecomercial.Enlaetiquetaindicaqueesde5esdecir,del5%envolumen.Setratadequedetermines lacantidaddecidoacticodisueltoporlitrodedisolucinyelporcentajequehayenvolumen.Paraellodebes seguirelguinde trabajoadjuntoyelaborarun informeenelquedescribaselprocedimientoseguidoylosresultadosobtenidos.11.AspectosprcticosLos cidos y las bases son sustancias de las que se producenmillones de toneladas al ao en el mundo, dada la enormediversidad de usos que tienen en qumica bsica comointermedios en la produccin de otras muchas sustancias. Alestudiar el estado de equilibrio ya has visto la sntesis delamoniaco por el mtodo de HaberBosch. Al desarrollar laelectrolisis en la unidad siguiente, vers cmo se obtieneindustrialmente el hidrxido de sodio. La reaccin qumicamediante laqueseobtieneelcidosulfrico laversalanalizarmsadelantelaformacindelalluviacida.Antesquevermtodosdeproduccin,esms interesantequereconozcassuusoensituacionesmuyhabituales.Aqutienesalgunas.


(29)

El salfumn todava seutiliza comoagentede limpiezaen situacionesde suciedadelevada. Setrata de disolucin de cido clorhdrico concentrado, tanto que libera vapores de HCl, muypeligrosossiserespirandirectamente.Y losdesatascadoresdetuberas?Sitehas fijadoen losquesepresentanenestadoslido,setratadeescamaso lentajasblancas,quedejanun tacto jabonosoen contacto con lapiel (quedebes evitar). Se trata de NaOH, y se utiliza como desatascador por el carcter fuertementeexotrmico de su disolucin en agua, que reblandece por calentamiento lasmasas demateriaorgnicaqueatascanlastuberas.En la limpiezadelcabelloseutilizanchampsque lapropagandadicequesoncidos,yaqueelpeloylapieltienenunpHligeramentecido,deaproximadamente5,comovesenlaimagen.Losjabonescaserosqueseutilizabanhacemuchosaoseranmuybsicos,alterandoelpHnaturaldepielycabello,quesevolvaquebradizo.Poresarazn,habacostumbredeenjuagarelcabelloconaguaquellevabavinagre,quesuavizabaelpeloyledevolvaasupHnormal.Lasabidurapopulartenaunabasequmica!

Tenencuentaque loscidosybasessonsustanciasengeneral peligrosas, sobre todo cuando estnconcentrados,porsualtopodercorrosivo,yquehayquetenermucho cuidado con sumanejo. Los smbolos demanipulacin de sustancias peligrosas incluyen elcarcter corrosivo. Si te fijas, lo vers en los camionesque transportanmercancaspeligrosas,y tambineneletiquetadodeproductosquetenganesacaracterstica.

AnticidosLasmembranasmucosasque revistenelestmago segregan los jugos gstricos,que contienencidoclorhdricoparaayudarenladigestindelosalimentos.Encircunstanciasnormales,eljugogstricomuestraunrangodepHentre1y2debidoalHCl.Unvalor tan elevado de acidez cumple mltiples funciones: destruye muchas de las bacteriaspatgenascontenidasenlosalimentos;eselpHptimoparaquelasenzimasgstricas(pepsinayrenina) muestren su mxima eficacia para hidrolizar las protenas; solubilizan sustancias quecontienenhierroycalcio,etc.Algunas veces, debido al abuso en la comida, el estmago respondeproduciendounexcesodecidoclorhdrico, loqueda lugaraacidezdeestmago,una sensacindequemaznque sueleextendersedesdeelestmagoalcuello.Lacausadeestemalestareselpasodejugogstricodesdeelestmagohaciaelesfago,quenoestpreparadoparasoportarunelevadogradodeacidez.Para aliviar el dolor causado por la acidez de estmago se empleansustancias bsicas llamadas genricamente medicamentos anticidos,cuya funcin es neutralizar el exceso de cido clorhdrico.UnodelosmsutilizadoseselNaHCO3(bicarbonatodesodio),aunquenoestrecomendadoparalaspersonasconhipertensin,yaqueunaconcentracinaltadeionessodiotiendeaaumentarla


(30)

tensinarterial.Otrode losproblemasdelbicarbonatoesquemodifica rpidamenteelpHdelestmagoyprovocaunefectorebote,demaneraqueelestmagosegrega inmediatamenteunacantidadmayordeHCl.ElAlkaSeltzeresunanticidoque,ademsdebicarbonato,contienecidoctricoyaspirina.Esteanticidoalgunasvecesesperjudicial,debidoaquelaaspirinapuedeserdainaparalaspersonasconlcerasyotrosdesarreglosestomacales.Los anticidos mas empleados actualmente son hidrxidos y sales insolubles de aluminio ymagnesio. El ms conocido es el Almax, cuyo principio activo es el almagato, un preparadoinorgnico cristalino de alumniomagnesio hidroxicarbonato hidratado, que acta como unanticidoneutralizandoelexcesodecidoyaumentandoelpHgstrico.ElpHdelasangreElpHde la sangredebemantenerseentre7,35 y7,45, yaque laactividadde lasenzimasquecatalizanlamayorpartedelasreaccionesquetienenlugarenlasangresolamenteactandentrodeeseintervalodepH:variacionesdeunasdcimasporencimaopordebajopuedenproducirlamuerte.ParaconseguirmantenerconstanteelpH,enlasangrehayvariossistemasamortiguadores,siendoelmsimportanteeltamponbicarbonatocidocarbnico.

H2CO3+H2OHCO3+H3O

+ElH2CO3sedescomponeenCO2yagua,yelCO2sepuedeeliminardelasangreenlospulmonesyexpulsarloalrespirar.Cuando aumenta la cantidad de iones hidronio, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda, deformaqueelexcesodeCO2seeliminaenlospulmones.Cuando aumenta la cantidad de iones hidrxido, disminuye la de hidronio y el equilibrio sedesplaza aladerecha.Elexcesodebicarbonatoseeliminaatravsdelosriones.


(31)

11.1LalluviacidaLa lluviaes ligeramentecida.SupHesaproximadamente5,6porquecontiene,disuelto,dixidodecarbonodelaatmsfera,quedalugaraH2CO3endisolucin.Laacidezdelaguadelluviaempieza a ser preocupante cuando el pH es inferior a 5,6.Entoncessehabladelluviacida.Engeneral,seadmitequelaacidificacindelalluviasedebealosxidosdeazufreydenitrgenopresentesenlaatmsferaaconsecuenciadelosprocesosdecombustin.Lamayor fuente de xidos de azufre la constituye la combustin de carbn y petrleo en lascentrales que generan electricidad. Ambos combustibles contienen pequeos porcentajes deazufre(13%).Losprocesosmetalrgicosconstituyenotrafuenteprincipaldexidosdeazufre,yaque la cantidad de dixido de azufre procedente de fuentes naturales es muy pequea(erupciones volcnicas). Eldixidode azufre seoxidaen la atmsfera a trixidode azufrequereaccionaconlasgotasdeaguaformandocidosulfrico(H2SO4)diluido.Losxidosdenitrgenosegeneran fundamentalmentecuandosequemancombustiblesaaltastemperaturas,comoresultadodelacombinacindenitrgenoatmosfricoyoxgeno.Losmediosde transporte son fuente importantedexidosdenitrgeno,pero tambin seproducenen losincendios forestales y las quemas agrcolas. En el aire, elNO se convierte lentamente en unamezcladexidosdenitrgeno,que reacciona con lasgotasdeaguade lluviapara formarunadisolucindecidontrico(HNO3).Los xidos de azufre y nitrgeno pueden desplazarse a considerables distancias antes decombinarseconelaguayprecipitarseen formadecidos,haciendoqueelproblemacreadoenunospasesseasufrido tambinenpasesvecinos.As,enSueciaseculpaaGranBretaade lalluviacidaquepadecenyocurrelomismoentreEstadosUnidosyCanad.Lassolucionespropuestasestnenlalneadereducirlasemisionesdeestosxidos.As,sepuedeeliminar azufre del petrleo y carbn, o utilizar combustibles de bajo contenido en azufre.Tambinseeliminanlosxidosdeazufreproducidosenlascentralestrmicas,transformndolosen sulfatos. Y ya has visto los catalizadores de los tubos de escape de los automviles, quetransformanelNOotravezenN2.


(32)

CriteriosdeevaluacinAlterminardeestudiarestetemadebessercapazde:

1. Identificarydescribirelcomportamientocidobasedesustanciascidasobsicas,segnlosmodelosdeArrheniusyBrnstedLowry,escribiendo losprocesoscorrespondientes.(1.1y1,2)

2. Reconocercidosybasesfuertesydbilesapartirdesusconstantesdedisociacin.(2.1y2.2)

3. Comparar la fuerza de los cidos y bases conjugados con la de las sustancias que lasoriginan.(2)

4. Resolver equilibrios qumicos de disociacin de cidos o bases dbiles (grado dedisociacin,concentracionesinicialesyenelequilibrio,etc).(2.2y6.2)

5. Deducir el signo trmico de la reaccin de neutralizacin a partir de datos de Kw adiferentestemperaturas.(3)

6. Explicarelmecanismodecambiodecolordelosindicadores.(5)

7. Caracterizarlaacidezobasicidaddeunadisolucinsegnseala[H3O+],elpH,elcolordeunindicadordadooelcolordelpapelpH.(4y5.1)

8. CalcularelpHdedisolucionesdecidosobasesfuertesodbiles.(6.1y6.2)

9. CompararcualitativamenteelpHdedisolucionesdecidosobasesfuertesydbilesdelamismaconcentracin.(6.1y6.2)

10. JustificarcualitativamenteycalcularelpHdedisolucionesdesalesquesehidrolizan.(7.1)

11. Reconocer la formacinyexplicar la capacidadde regulacindelpHde lasdisolucionesamortiguadoras,calculandosupH.(8.1))

12. CalcularelpHdeunamezcladedossustancias(cidos,basesy/osales),considerando laposibilidaddeneutralizacionesyexcesodereactivos.(9)

13. Seleccionarelindicadoradecuadoparaunareaccindevaloracinconcreta.(10.2)

14. Determinarlapurezadeunamuestraolaconcentracindeunadisolucinmedianteunavaloracincidobase.(10.3)

15. Explicar hechos experimentales en los que intervienen procesos cidobase (efectoanticido del bicarbonato, disolucin del carbonato por accin del cido clorhdrico,variacindelaintensidaddelolordeunadisolucindecidosulfhdrico,etc).(1a11)

Documents

QUI2BAC Tema 4 Equilibrios Acido-base Resumen