Chemistry">
Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

Untitled

Descargar como pptx, pdf o txt
Descargar como pptx, pdf o txt
Está en la página 1de 33

REACCIONES DE TRANSFERENCIA

DE PROTONES (reacciones ácido-base)


Equilibrios ácido-base
1.- Primeras ideas sobre ácidos y bases
2.- Teoría de Arrhenius
3.- Teoría de Brönsted y Lowry
4.- Ionización del agua
5.- Concepto de pH
6.- Fuerza de los ácidos y las bases conjugadas
7.- Fuerza de los ácidos y estructura química
8.- Hidrólisis
9.- Efecto del ión común
10.- Disoluciones reguladoras
11.- Indicadores y medidores del pH
12.- Valoraciones ácido-base
1.-Las primeras ideas sobre ácidos y bases
Desde antiguo se clasificaron las sustancias en ácidos, bases y sales, y,
empíricamente, se establecieron sus propiedades:

Ácidos Bases (Álcalis)


•Tienen sabor agrio •Tienen sabor amargo
•Toman un color característico cuando •Son untuosos al tacto
se ponen en contacto con algunas •Toman un color característico cuando
sustancias. Así, todos los ácidos se ponen en contacto con algunas
colorean de rojo una disolución de sustancias. Así, todas las bases
tornasol (polvo azul) colorean de azul una disolución de
•Reaccionan con algunos metales (Zn, tornasol.
Mg, Fe..) desprendiendo H2 •Disuelven algunas grasas. Al tratar
•Sus disoluciones acuosas conducen grasas animales con álcalis se obtiene
la corriente eléctrica el jabón
•Neutralizan los efectos de las bases •Sus disoluciones acuosas conducen
la corriente eléctrica
•Neutralizan los efectos de los ácidos
2.-Teoría de Arrhenius (1890)
Ácido es toda sustancia Base es toda sustancia
eléctricamente neutra que al eléctricamente neutra que al
disolverse en agua se disocia disolverse en agua se
dando iones hidrógeno (H+) y el disocia dando iones oxidrilo
correspondiente ión negativo: (OH-) y el correspondiente
HCl <=> Cl- + H+ ión positivo:
HCl + H2O <=> Cl- + H3O+ NaOH <=> Na+ + OH-
H 2SO4 <=> SO4= + 2 H+
H2SO4 + H2O <=> SO4= + 2H3O+ Ca(OH)2 <=> Ca+2 + 2 OH-

La reacción de neutralización que se produce al poner en


contacto un ácido con una base se debe a la combinación de los
iones H+ con los OH- para dar agua:
HA + BOH <=> A- + H+ + OH- + B+ <=> AB + H2O
La teoría de Arrhenius presenta algunos inconvenientes
importantes:

- No explica el comportamiento de algunas sustancias


como el amoníaco (NH3) o los carbonatos (Na2CO3) que
presentan propiedades básicas y, sin embargo, no
pueden desprender iones oxidrilo al diolverlas en agua.

- Limita el comportamiento ácido o básico a sustancias


neutras que puedan disolverse en agua, es decir se
aplica sólo a disoluciones acuosas
3.- Teoría de Brönsted y Lowry (1923)
Ácido es toda sustancia capaz de ceder protones (H+) a una base
(base conjugada)

Base es toda sustancia capaz de captar protones (H+) de un


ácido (ácido conjugado)

Cuando una sustancia se comporta como un ácido (HA) y cede


protones la especie resultante (A-) adquiere la capacidad de
captar protones comportándose como una base (y viceversa).El
conjunto HA / A- forman el par ácido-base conjugados
HA + B <==> A- + BH+
ácido 1 base 2 base1 ácido 2

A- es la base conjugada del ácido 1 (HA)


BH+ es el ácido conjugado de la base 2 (B)
protones, comportándose unas veces como ácidos y otras como
bases. Se denominan anfóteras o anfipróticas

NH3 + H2O <=> NH4+ + OH-


base 1 ácido2 ácido 1 base 2

HCl + H 2O <=> Cl- + H 3O +


ácido 1 base 2 base1 ácido 2

Todas las sustancias que se consideran ácidos (o bases) según la


teoría de Arrhenius también lo son según la teoría de Brönsted,
pero esta última no necesita medios acuosos y además explica el
comportamiento como ácidos o bases de numerosas sustancias
que no podían explicarse según la teoría de Arrhenius, Así por
ejemplo, el amoníaco es una base (capta protones)

NH3 + HCl <=> NH4+ + Cl-


base 1 ácido2 ácido 1 base 2
Teoría de Arrhenius Brönsted - Lowry

Ácido Compuesto que disuelto Especie que cede


en agua da H+ protones

Base Compuesto que disuelto Especie que capta


en agua da OH- protones

Tipo de Compuestos Compuestos e iones


sustancias

Disolvente Agua Agua y otros


Reacción H+ + OH- ⬄ H2O HA + B ⬄ A- + BH+
ácido-base
4.- Ionización del agua.
• El agua, aunque en una proporción muy pequeña, conduce la
corriente eléctrica y esto se debe a que tiene capacidad para
ionizarse.
• La reacción de autoionización del agua (autoprotólisis) es una
reacción ácido-base según el concepto de Brönsted-Lowry:
H2O + H2O ⬄ H3O+ + OH-
ácido 1 base 2 ácido 2 base1
• La expresión de la constante de equilibrio para este proceso:
[H3O+] [OH-]
Kc = —————— Kc . [H2O]2 = [H3O+] [OH-]
[H2O]2
• Como la cantidad de agua ionizada es muy pequeña, casi toda
estará en forma molecular, por lo que [H 2O]2 se puede considerar
constante y englobarse dentro de la constante.

• Llamando Kc . [H2O]2 = Kw
Kw = [H3O+] [OH-]
La constante Kw se denomina producto iónico del agua.
Su valor varía con la temperatura, y a 25ºC, Kw =1,0. 10-14

Para el agua pura [H3O+] = [OH-]= 10-7 y se dice que es neutra

. Si se disuelve en agua un ácido, cederá protones al agua y en


consecuencia [H3O+] > 10-7 y se dice que la disolución es ácida

Si se disuelve una base en agua, captará protones del agua y


formará más OH-, y tendremos [OH-] > 10-7 y la dis será básica

En resumen:
En disoluciones neutras [H3O+] = [OH-] [H3O+] = 10 -7 [OH-] = 10-7
En disoluciones ácidas [H3O+] > [OH-] [H3O+] > 10-7 [OH-] < 10-7

En disoluciones básicas [H3O+] < [OH-] [H3O+] < 10-7 [OH-] > 10-7
5.- Concepto de pH
• Introducido por Sorensen en 1909,

• Se define como pH = - log [H3O+]


Ejemplo: Si [H3O+] = 10-4 🡺 pH = - log 10-4 = 4

• Análogamente, pOH = - log [OH-]


Ejemplo: Si [OH-] = 10-9 pOH = - log 10-9 = 9

• Como Kw = [H3O+] [OH-] = 10-14 , tomando logaritmos


pH + pOH = 14

• El concepto de pH puede aplicarse de manera análoga a otras


magnitudes ( pKa, pKb...)
Disoluciones ácidas [H3O+] > [OH-] pH < 7
[H3O+] > 10-7
Disoluciones neutras [H3O+] = [OH-] = 10-7 pH = pOH = 7

Disoluciones básicas [H3O+] < [OH-] pH > 7


[H3O+] < 10-7

El pH de un medio es mayor cuanto más pequeña sea la concentración de


protones, es decir, cuanto más básico es y, al revés, el pH es menor cuanto
mayor es la concentración de protones, o sea cuanto más ácido es el medio

Ácido Neutro Básico


🡸==============================================🡺
pH=1 pH=7 pH=14
[H3O+] > 10-7 [H3O+] = 10-7 [H3O+] < 10-7

En disoluciones ácidas de [H3O+] superiores a 1M, el pH sería negativo.


Para estas disoluciones se utiliza más la concentración que el pH
6.- Fuerza relativa de ácidos y bases
• Un ácido, según Brönsted, es tanto más fuerte cuanto mayor
es su capacidad para ceder protones, y una base será más
fuerte cuanto mayor sea su capacidad para aceptar protones.

• Los procesos ácido-base implican transferencia de protones de


un compuesto a otro, y por tanto la fortaleza de un ácido
dependerá del compuesto que actúa como base y viceversa.
Se trata por tanto de una fuerza relativa.

• Por otra parte, cada ácido tiene su base conjugada, por lo que
si un ácido tiene mucha tendencia a ceder protones, su base
conjugada tendrá poca tendencia a captarlos, es decir cuanto
más fuerte es un ácido más débil es su base conjugada y
viceversa
• Como la mayoría de disoluciones son acuosas, la fuerza relativa de
ácidos dependerá de lo desplazado que esté hacia la derecha el
proceso de disociación del ácido: HA + H2O <=> A- + H3O+

• Si se trata de un ácido fuerte, el proceso estará totalmente


desplazado hacia la derecha.
• Si se trata de un ácido débil el proceso sólo estará parcialmente
desplazado a la derecha, y se alcanza un estado de equilibrio en el
cual:
[H3O+] [A-]
Kc = —————— Kc . [H2O] = [H3O+] [A-] / [HA]
[H2O] [HA]
• Como la concentración de agua permanece prácticamente
constante, se puede englobar dentro de la constante:
[H3O+] [A-]
Ka = ————— = constante de acidez o de ionización del ácido
[HA]

Análogamente, diremos que una base es fuerte cuando el
equilibrio: B + H2O ⬄ BH+ + OH- esta totalmente desplazado a la
derecha.

Una base débil estará sólo parcialmente disociada, y en el


equilibrio
[OH-] [BH+]
Kb = ————— = constante de basicidad (ionización de base)
[BOH]

Cuanto mayor sea el valor de Kb más fuerte será la base

• Para los ácidos y bases parcialmente disociados, se define el


concepto de grado de disociación (α) como la relación entre
la concentración en equilibrio y la concentración inicial
• Suele expresarse en %
7.- Fuerza de ácidos y estructura química
• La fuerza de los ácidos depende del disolvente, de la temperatura y de la
estructura molecular. En las mismas condiciones es la estructura
molecular la que determina la fuerza
• Segun Brönsted un ácido cede protones, por tanto hay que romper el
enlace entre el hidrógeno y el resto de la molécula
Cuanto más fácil sea romper el enlace entre el hidrógeno y el resto
de la molécula, más fuerte será el ácido.
• En los hidrácidos el H está unido a elementos de los grupos 16 (O-S-Se-
Te y 17 (F-Cl-Br-I).
Dentro de cada grupo la acidez aumenta con el tamaño del átomo (hacia
abajo): HF < HCl < HBr < HI
En cada periodo, el hidrácido del grupo 17 es más fuerte (porque es más
polar) que el correspondiente del gupo 16: H2S < HCl y H2Se < HBr
• En los oxoácidos cuanto mayor sea el número de átomos de oxígeno
mayor es la polaridad del enlace H-O y más fuerte será el ácido:
HClO < HClO2< HClO3 < HClO4
8.- Hidrólisis
• Las sales ,en disolución acuosa, se disocian completamente
separándose en sus iones.
• Se llama hidrólisis a la reacción de los iones de una sal con el
agua.
• El que los iones de la sal puedan reaccionar o no con el agua
depende de su fuerza como ácidos o bases frente al agua:
a).- Hidrólisis de una sal procedente de ácido fuerte y base fuerte
• La sal, en disolución, se disocia totalmente:NaClaq⬄ Na+aq+ Cl-aq
• Na+ es el ácido conjugado de la base NaOH (fuerte), es por tanto
débil y no reacciona con el agua
• Cl- es la base conjugada del ácido HCL (fuerte), es por tanto una
base débil y no reacciona con el agua
• En la disolución sólo habrá los iones H3O+ del agua, y en
consecuencia su pH =7 y la disolución será neutra
b) Hidrólisis de una sal procedente de ácido fuerte y base débil
• La sal estará totalmente ionizada: NH4Cl(aq) ⬄ NH4+(aq) + Cl-(aq)
• Cl- es la base conjugada (débil) del ácido HCl: No reacciona
• NH4+ es el ácido conjugado (fuerte) de la base NH3 , por lo que
reacciona con el agua: NH4+ + H2O ⬄ NH3 + H3O+
• Los iones H3O+ dan a la disolución un carácter ácido
[NH3] [H3O+]
• En el equilibrio anterior K = ------------------- La concentración de agua
[NH4+] [H2O]
puede considerarse constante y englobarse dentro de la constante, que
[NH3] [H3O+] Kw
llamamos constante de hidrólisis Kh = -------------- ; Kh= -------
[NH4+] Kb
• De manera análoga al grado de disociación, llamamos grado de
hidrólisis a la relación entre la concentración procedente de la
hidrólisis y la concentración inicial
c) Hidrólisis de una sal procedente de ácido débil y base fuerte
• La sal estará ionizada: NaCH3COO(aq) ⬄ Na+(aq)+ CH3-COO -(aq)
• Na+ es el ácido conjugado (débil) de la base NaOH: No reacciona
• CH3-COO- es la base conjugada (fuerte) del ácido acético, por lo que
reacciona con el agua: CH3-COO- + H2O ⬄ CH3-COOH + OH-
• Los iones OH- dan a la disolución un carácter básico
[CH3-COOH] [OH-]
• En el equilibrio anterior K = ------------------------ La concentración de agua

[CH3-COO-] [H2O]
puede considerarse constante y englobarse dentro de la constante, que
[CH3-COOH] [OH-] Kw llamamos
constante de hidrólisis Kh = --------------------- ; Kh= -------
[NH4+] Ka
• De manera análoga al grado de disociación, llamamos grado de
hidrólisis a la relación entre la concentración procedente de la
hidrólisis y la concentración inicial
d) Hidrólisis de una sal procedente de ácido débil y base débil
• La sal, en disolución, está totalmente disociada:
NH4CH3COOaq ⬄ NH4+ + CH3-COO-
• El NH4+ es un ácido fuerte y reacciona con el agua:
NH4+ + H2O ⬄ NH3 + H3O+
• El ión acetato es una base fuerte y también reacciona:
CH3-COO- + H2O ⬄ CH3-COOH + OH-
• En disolución tenemos iones H3O+ e iones OH-, por lo que no
podemos predecir el carácter de la disolución: va a depender
de los valores de Ka y Kb

• Si Ka >> Kb, la disolución será ácida


• Si Ka << Kb , la disolución será básica
• Si Ka = Kb, la disolución será neutra
Hidrólisis
1.- Calcular el pH y el grado de hidrólisis correpondiente a una
disolución acuosa de actetato de sodio 0,5 M (Ka = 1,8. 10-5 )
• La sal, en disolución acuosa está totalmente disociada:
CH3- COO Na ⬄ CH3-COO- + Na+
• Estudiamos la posibilidad de hidrólisis de sus iones:
El Na+es el ácido conjugado de una base fuerte,no da hidrólisis
El ión acetato es la base conjugada de un ácido débil, si da hid.
CH3-COO- + H2O ⬄ CH3-COOH + OH-
C.Inicial 0,5 M - -
C. Reacc -x +x +x
C. Equilib 0,5-x x x

Kh = Kw = 10-14 = 5,56.10-10
Ka 1,8.10-5

Kh = [CH3-COOH] [OH-] 5,56.10-10 = x Como Kh es muy pequeña, la cantidad


[CH3-COOH] 0,5-x que reacciona (x) es muy pequeña y

podemos hacer la aproximación 0,5-x = 0,5 con lo que : x = 1,7.10-5 y α = 3,4%

pOH = - log (OH-) = - log 1,7.10-5 = 4,78 pH = 14 -4,78 = 9,22


9.- Efecto del ión común
• Cuando tenemos un sistema ácido-base en equilibrio y le
añadimos otra sustancia que aporte alguno de los iones que
intervienen en el equilibrio, éste evolucionará hasta alcanzar
un nuevo equilibrio
• El sentido en el que evoluciona el equilibrio viene
determinado por el Principio de Le Chatelier

a) Disolución de un ácido débil al que se añade un ácido fuerte


Al añadir un ácido fuerte aumentará la concentración de
iones H3O+ y el equilibrio de ionización del ácido débil se
desplazará a la izquierda, disminuyendo su grado de
ionización
b) Disolución de una base débil a la que se añade una base fuerte
• Al añadir una base fuerte, aumentará la concentración de
iones OH- con lo que el equilibrio de ionización de la base
débil se desplazará a la izquierda, disminuyendo su grado de
ionización

c) Disolución de una sal ácida a la que se añade un ácido fuerte


• El ácido fuerte hace que aumente la concentración de iones
H3O+, con lo que el equilibrio de hidrólisis del catión se
desplazará hacia la izquierda, disminuyendo el grado de
hidrólisis del catión

c) Disolución de una sal básica a la que se añade una base fuerte


• La base fuerte hace que aumente la concentración de iones
OH-, con lo que el equilibrio de hidrólisis del anión se
desplazará a la izquierda, disminuyendo el grado de hidrólisis
del anión
10.- Disoluciones reguladoras
• También llamadas amortiguadoras o disoluciones tampón

• Tienen la propiedad de mantener fijo el pH del medio aunque


se añadan pequeñas cantidades de un ácido o base fuertes

• Están formadas por un ácido débil más una sal de ese ácido,
por ejemplo ácido acético-acetato de sodio

• O por una base débil más una sal de esa base débil, por
ejemplo amoníaco-cloruro amónico

• Tienen gran importancia en los procesos biológicos (sangre)


11.- Indicadores
• Sustancias, generalmente orgánicas, de carácter ácido o
básico débil, que tienen la propiedad de cambiar de color al
cambiar el pH entre valores determinados.
• El intervalo de pH en el cual se produce el cambio de color se
denomina intervalo de viraje
• El cambio de color de los indicadores se debe a la distinta
coloración que presentan el ácido y su base conjugada del
mismo : InH + H2O ⬄ In- + H3O+
color A color B
• En medio ácido, el equilibrio se desplaza a la izquierda y
presentará el color A. En medio básico, hacia la derecha y
ofrecerá un color B
• Para que un indicador sea útil es necesario que el cambio de
color se produzca de forma brusca.
Indicador Color en Color en Intervalo de
medio medio básic viraje
ácid
Naranja de metilo Rojo Amarillo 3,2 - 4,2
(AF-BD)
Tornasol Rojo Azul 5,0 - 8,0
Azul de bromotimol Amarillo Azul 6,0 - 7,6
AFBF
Fenoftaleína (AdBf Incoloro Rosa 8,2 - 10
El papel indicador o papel pH es un papel impregnado con una
mezcla determinada de indicadores. Cuando se introduce en una
disolución ácida toma un color rojo (más intenso cuanto más
ácido), mientras que en una disolución básica toma color azul.
Tiene una carta de colores para comparar y conocer el pH

Para medir con más precisión el pH se utilizan los pHmetros


12.- Valoraciones ácido-base
• También llamadas volumetrías de neutralización

• Las reacciones de neutralización entre un ácido y una base son


de gran utilidad para determinar la concentración de un ácido o
una base (valoración) haciéndolo reaccionar con una cantidad
conocida de una base o ácido de concentración conocida.

• Para ello, se coloca en un vaso de precipitados un volumen


conocido de la muestra cuya concentración se quiere
determinar y a la que se le añaden unas gotas de un indicador
apropiado.

• Desde una bureta se va añadiendo gota a gota la muestra de


concentración conocida hasta llegar a un punto, llamado punto
de equivalencia en el que se ha neutralizado toda la muestra y
que se pone de manifiesto por el cambio brusco de color en el
indicador (salto de pH)
La estequiometría de la reacción de neutralización nos permitirá
realizar los cálculos necesarios para determinar la concentración
problema

• En el punto de equivalencia el pH no es necesariamente neutro


(7). Esto sólo ocurrirá cuando valoremos un ácido fuerte con
una base fuerte y viceversa.

• En los demás casos (valoración de ácido débil con base fuerte


o de base débil con ácido fuerte) hay que tener en cuenta la
hidrólisis de la sal que se forma.

• Para utilizar el indicador más adecuado debe conocerse el pH


en el punto de equivalencia y elegir un indicador cuyo intervalo
de viraje esté alrededor de él.

• El punto final de la valoración se alcanza cuando el indicador


cambia de color
Una curva de valoración es una representación del pH
frente al volumen añadido de ácido o base

Valoración ácido fuerte-base fuerte


Valoración ácido débil – base fuerte
Valoración base débil- ácido fuerte

También podría gustarte