Equilibrios ácido-base I: Teorías de Ácidos y Bases, Producto Iónico del Agua y pH, Exámenes selectividad de Química

¡Descarga Equilibrios ácido-base I: Teorías de Ácidos y Bases, Producto Iónico del Agua y pH y más Exámenes selectividad en PDF de Química solo en Docsity! 6. Equilibrios ácido-base l Contenidos Equilibrios ácido-base | Ácidos y bases Producto iónico del agua. Disoluciones neutras, ácidas y básicas. Concepto de pH. Ácidos y bases fuertes y débiles: K, y K,. Grado de ¡onización. Ácidos polipróticos. Ácidos y bases + Teoría de Arrhenius: (punto de partida, superada) - Ácido: sustancia que produes protones (H*) en agua HCl) 25H" (ac)+ CI (ac) - Base o álcali: sustancia que produce ¡ones hidroxilo (OH-) en agua Na0H(s) —2%5 Na' (ac) + OH (ac) - ¿Por qué es alcalino el amoniaco, NH? » “Porque en disolución acuosa forma NH,OH, que cede OH-.” + ¡Pero nunca se ha detectado la especie química NH,OH en agua! + Necesitamos otra teoría [Lectura: Petrucci 17.1] Ácidos y bases + Teoría de Brensted y Lowry: (aceptada hoy para ácidos y bases en disolución acuosa) - Ácido: dador de protones - Base o álcali: aceptor de protones - Reacción ácido-base: reacción de intercambio de protones HCI+H,0>CI +H,0* ácid bas NaO0H + H£LO > Na* + H,0+0H bas ácid NH, +H,0 > NH] +0H” NH,+H,0< NH] +0H” bas ácid ácid bas e o o e NH,+H,0 2 NH +0H” bas ácid ácid bas A A y conjugados conjugados [Lectura: Petrucci 17.2] Ácidos y bases . Teoría de Lewis: (aceptada hoy para ácidos y bases en general) - Ácido: aceptor de pares de electrones - Base o álcali: dador de pares de electrones - Reacción ácido-base: reacción de intercambio de pares de electrones F nl Eo MAN e Ni + FA F H FOH ácido base aduct de de o Lewis Lewis [Lectura: Petrucci 17.9] pH, pOH y pK Las concentraciones molares de H¿O* y de OH: en disolución suelen ser mucho menores que 1 M; p.ej: 25 C [4,0*]=3,7x10%M [OH"]=2,7x10"'M K,=1,0x10"* [H,0*] — 107% M [OH 7] = 10%" y K, — 10971400 Def: [pH =-—log[HA,O”] pOH =-log[OH”] pK,=-logK, pH =3,43 pH =10,57 pK, =14,00 [AO "10H 1=XK, —log[H,0*]-log[ OH” ]=-—log K pH + pOH = pK,, w 25C; pH+pOH =14,00 [Lectura: Petrucci 17.3] Vel [0 1 II A [H4,0*]/M 110x107? 1,0x107 110x107" 1,0x10? 1,0x10* 1,0x107 1,0x107* 1,0x107* 1,0x107* 1,0x107? 1,0x107? pH, pOH y pK pH pOH 12,00 2,00 11,00 3,00 10,00 4,00 9,00 5,00 8,00 6,00 7,00 7,00 6,00 8,00 5,00 9,00 4,00 10,00 3,00 11,00 2,00 12,00 [OH 7]/M 1,0x10? 1,0x107? 1,0x107* 1,0x107? 1,0x107% 1,0x107 1,0x10* 1,0x107? 10x107 110x107 110x107? [Lectura: Petrucci 17.3] pH y pOH Una muestra de agua de lluvia tiene pH=4,35. ¿Cuánto vale [H,0+]? 4,35=-—log[A,0*] log[A,0*]=-4,35 [H,0*]= 10% =4,5x10"M Una muestra de un amoniaco de uso doméstico tiene pH=11,28. ¿Cuánto vale [0H]? pOH =14,00-— pH =14,00-11,28=2,72 2,72=-log[OH 7] [OH "]=107?” =1,9x10*M Ácidos y bases fuertes Ejemplo: Disolución saturada de Ca(OH),(ac). ¿Cuánto valen las concentraciones molares de las especies presentes en la disolución y el pH? [Ca(OH),: solubilidad a 25%C 0,16 g/100 ml.] - 2 - 32 Ca(OH ),(s) = Ca(OH), (ac) >Ca** + 20H [Ca* [OH "Y =K,, (=s) +s +2s 2H0= H,O"+0H" [H,O*][OH7]=K, +W +W [Ca?*] = Ss = O, 022M <1> * los Ca?* proceden de la ionización de la base disuelta [4,0*] =wW = 2,3 Xx 10M > » los H¿O* proceden de la ionización del agua [OH] = 2s+w =2s = 0, 044M > = todo el OH'procede de la ionización del la base disuelta L1> » la concentración de base disuelta e lonizada es su 3 + [H,0+] y [OH-] deben ser consistentes con K,, solubilidad molar + _ _ 0,162 COW) 1mol Ca(oH), 1000m2 14,0*]=K,,/[OH”"]=1,0x10"*/0,044 100mdsin 74,1g€xt0HbH 11 =2,3x10"M =0,022M ¿ap pH =-lo0g2,3x10'* =12,64 [Lectura: Petrucci 17.4] Ácidos y bases débiles Ácidos y bases débiles Es necesario considerar su equilibrio de ionización - + = - + [4 117 O ] Constante de ¡onización HA+ H,0 = A+ H,0 HA] = K, o de acidez del ácido HA HCN+H,O=*= CN +H,0" K,=6,2x10"" pK,=9,21 - ácidos más fuertes cuanto mayor K, (cuanto menor pK,) [AB"][OH”] =K Constante de ¡onización — Ap B+H,0 = HB" +0H [B] o de basicidad de la base B NH,+H,0= NH +0H” K,=1,8x10? pK,=4,74 - bases más fuertes cuanto mayor K, (cuanto menor pK,) [Lectura: Petrucci 17.5] Ácidos débiles Disolución HA(ac) c, M. ¿Concentraciones molares de las especies presentes en la disolución? ANO? Ha+mo= a+Hmo' WI5O1_ y —xX xXx +x [HA] 2H,02 H,O*+0H" [H,O"][OH"]=K, +W +W ¿Ac, >> K,? [HA] = Co =X =C, + el HA se ¡oniza parcialmente; ¿es K, suficientemente - O O pequeña para que C,¿-x=C,? [4 ] =X + los Ar proceden de la ¡onización del ácido [4,0] =Xx+wW =x = todo el H,O* procede de la ionización del ácido (K, <<K4) [OH] =w + los OH: proceden de la ionización del agua o NO Si o 2 2 Xx Xx =K, U=K, Cy =X Co 2 x+K,x-K,c)=0 y=XLs 2 ye KE +40, K, x= [e K x 2 [Lectura: Petrucci 17.5] 2 2 Y =K,; “+K, x-K,c,=0; TANK +40 K, (x>0) X= Cy X 2 si 4c,>>XK,: 2 ep O Ro 4c,K, >> K, 2 o. 0%a 2 x e =K, que equivale a aproximar C¿—X =C, 0 La aproximación se hace para calcular Xx Para calcular la concentración de equilibrio de HA se puede usar C¿— YX Bases débiles Disolución B(ac) c, M. ¿Concentraciones molares de las especies presentes en la [AB*0H]_ ,, b [8] [H,0* 1[0H7]=K, +» la B se ¡oniza parcialmente, ¿es K, suficientemente pequeña para que C,-x=C,? + los HB* proceden de la lonización de la base = todo el OH: procede de la ionización de la base (K,,<<K,) + los H,O* proceden de la ionización del agua disolución? B+H,0O=2= HB" +0H —X xo +xX 24,02 H,O" +0H +W +W ¿Ac, >> K,? [8] =C¿X o =C, o [AB"] =x [OH 1] =x+w =x [4,0] =w o NO Si 0 mn _ É=K, Cy 7 X Co +K,x-K,c,=0 2 ER EA x= JcK, [Lectura: Petrucci 17.5] Ácidos débiles Ejemplo: El pH de una disolución HF(ac) 0,0015 M es 3,14. ¿Cuánto vale la constante de ¡ionización del HF? HF+H,02 F+H,0* [FP ]140"] =X +X +xX [AF] a 2H,0 2 H,0* +0H" [4,0*][0H"]=K, =1,0x10* +wW +wW [AF] =c=x x=[H4,0']=10** =7,2x10* [FI]. =x [4,0] =x+w =x XX (7,2x10%y - K, = = — A 6,6x 10 [OH "1 =w cx 0,0015-—0,00072 Bases débiles Ejemplo: Disolución piridina(ac) 0,0015 M. ¿Concentraciones molares de las especies presentes en la disolución y pH? [Piridina: K,=1,5x10-9] B+H,02 HB*+0H7 [ABULOA]_ 15,102 b > —x +x +x [B] 2H,0= H,O'+0H" [H,O"][OH"]=K, =1,0x10”* +Ww +W [B] =c,-x =c, =0,0015M [AB*] =x =1,5x10M - _ ? B|>>[AB*]|=[0H 1]>>[4,0* [OH] =x+w =x =1,5x 10M [81214812104 12160 1 [11,01 =w =6,7x 10M 2 ¿Ac, >> K,? 0,0060+1,5x10?=0,0060 5 T=K, x= /6k, 0 =1,5x107 K. 1LOx10" , x=1,5x10 w= = "TA =6,7x10 x 15x10 pOH =-log1,5x10* =5,82 pH =14,00-5,82=8,18 Bases débiles Ejemplo: El pH de una disolución de piridina(ac) 0,0015 M es 8,18 ¿Cuánto vale la constante de ¡onización de la piridina? B+H,02 HB +0H7 [HB UOH ]_, b =xX +x +x [B] 2H,02 H,O*+0H" [H,O*][0H7]=K, =1,0x107* +W +W [8] =c=x pOH =14,00-8,18=5,82 [AB] =x - La , [OH] =x+w =x x=[OH"]=107*% =1,5x10 + . 612 14,0"1=w MM po cx 0,0015-—1,5x10 7 no es necesario considerar si se desprecia frente a c, ono Ácidos polipróticos Ácidos polipróticos Ejemplo: H¿PO,, con K,, >> K., >> K,z APO, +H,0= H,PO, +H,0" Ex H, o; +H,0= HPO? +H, o” +y + Hpo? +H,0= PO) +H,0* =Z +2Z +2 2H,02 H,O"+0H +w +W [A,PO,] =c,-x [H,PO;]=x=y =x (K.¿<<K,) [APO ]=y-=2 =y (K,,<<K,,) [POF] =- [4,07] =x+y+2+w =x (8 K, << K,,) [OH] =w [4,PO, 114,0] _ roy La =7,1x107 3 4 2- + 2 4 3- + TOS Ea 400” 4 [4,0*][0H7]=K,, =1,0x10** y=Ko _—> a3 —> xw=K, —_> Xx y z w > 2 > a [Lectura: Petrucci 17.6] Ácidos polipróticos Ejemplo: Disolución H¿PO,(ac) 3.00 M. ¿Cuánto valen las concentraciones molares de las especies presentes en la disolución y el pH? 2 D ¿4c,>>K,,? 12,00+7,1x107 =12,00 s:. E=Ky x= Ja Ko =+/3,00-7,1x10" C, 2) y=K,,=6,2x10* : x=0,15 8 > 2=K,? =44x10 2210 1 9%10 X K 1,0x107** a w=te =22—=6,7x107 o Xx 0,15 [A,PO,] =c,—x =2,85M x? =k [A,PO, ]=x-y =x =0,15M Er AA o [APO ]=y-=2 =y =6,2x10*M _ - ? y=K, —> [PO] =2 =1,9x10"M OS ¡”e [4,0"] =x+y+z2+wW =x =0,15M y a. —> Z ER - _ -14 [OH] =w =6,7x10"'M rw=K, w pH =-log0,15= 0,82 [Lectura: Petrucci 17.6]