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E Q U I L I B R I O I Ó N I C O Teoría de Brönsted-Lowry. “Ácido es toda sustancia capaz de ceder iones H + y base es toda sustancia capaz de captar iones H +” Obsérvese las siguientes reacciones: NH3 + H2O NH4 + + OH HCl + H2O H3O + + Cl - 1. El agua se comporta como ácido en la primera reacción y como base en la otra, lo que significa que el comportamiento ácido-base de una sustancia puede cambiar en función de la reacción química en la que participa. Es decir, una misma sustancia puede comportarse como ácido en una reacción y como base en otra. Depende con quien está reaccionando. 2. En la primera reacción examinada, el agua le transfiere un H+ al NH3 y en la segunda recibe un H + del HCl. Por lo cual un ácido sólo se comporta como tal cuando hay una base capaz de captar el H + que libera y del mismo modo, una base se comporta como tal, sólo cuando existe un ácido que libera el H + que esa base capta. Es decir, que en toda reacción ácido- base siempre deben reaccionar un ácido con una base y los productos formados son a su vez también un ácido y una base. De aquí surge el concepto de "par ácido-base conjugado". Se trata de dos sustancias que difieren en su estructura sólo en un ión H + y lo intercambian en una reacción reversible. En los ejemplos anteriores, los sistemas NH3/ NH4 + , H2O /OH - ,HCl /Cl - , H2O /H3O + , constituyen pares o sistemas ácido-base conjugados. Obsérvese que el H2O pertenece a dos sistemas, actuando como base en uno y como ácido en otro. Toda reacción ácido-base de Brönsted-Lowry involucra cuatro especies: dos que ceden un ión H + y dos que captan un ión H + , por lo cual puede escribirse una reacción general del siguiente tipo: A1 + B2 <====> A2 + B1 A1 es el ácido conjugado de B1 y B2 es la base conjugada de A2. Cuando A1 reacciona, cede un H + a la base B2 transformándola en el ácido A2 y A1 a su vez se transforma en la base B1. Es muy fácil identificar A1, B2, A2 y B1 en las reacciones anteriores. Electrolitos fuertes y débiles Los ácidos y las bases en solución acuosa pueden estar parcial o totalmente disociados; en este último caso en la solución habrá una mezcla de moléculas no disociadas e iones. En este estado se los denomina electrolitos y dejan pasar la corriente eléctrica. El grado de disociación de un electrolito es la relación entre el número de moles disociados y el número total de moles iniciales. Se indica con la letra número de moles disociados = número de moles iniciales El valor de varía entre cero y uno. Si multiplicamos por 100 podemos expresar el grado de disociación en forma de %. Un electrolito que se disocia casi totalmente posee un valor de uno (100%), se dice que es un electrolito fuerte. Si tiene un valor cercano a cero, el electrolito es débil. Electrolito fuerte : completamente disociado en iones Electrolito débil: poco o nada disociado en iones. Equilibrio iónico Dado el siguiente ejemplo: HF H + + F - Podemos hallar el valor de la constante de equilibrio: H + . F - iones formados Ka = H F moles no disociados Ka se llama constante de disociación de ácidos. En este caso, la Ka es muy pequeña: 6,8 . 10 -4 , es decir, que la concentración de HF es grande y la de iones es pequeña, lo que indica que se trata de un ácido débil, poco disociado. Lo mismo ocurre con las bases débiles, están poco o nada disociadas en iones. A > Ka > fuerza del ácido A > Kb > fuerza de la base. Fuerza relativa de algunos ácidos: HClO4 HCl Ácidos fuertes totalmente disociados HNO3 H2SO4 H2CO3 H2S HF Ácidos débiles, poco dosociados Ácido láctico Ácido fórmico Ácido bórico H3BO3 Fuerza de algunas bases: NaOH KOH Muy fuertes. Totalmente disociadas NH3 Anilina Muy débiles- Poco disociadas Producto iónico dela agua Se ha comprobado que el agua se disocia muy poco: una molécula cada 10 millones. La ecuación de ionización es la siguiente: H2O H + + OH - La constante de equilibrio de esta reacción reversible es: (H + ) . (OH - ) K= (H2O) Como el agua pura se ioniza muy poco, se puede considerar constante su concentración: K (H2O) = (H + ) . (OH - ) Producto iónico del agua(Kw) Kw= ( H + ) . (OH - ) Esta constante a 25° es igual a 10 -14 mol 2 / (dm 3 ) 2 Como los iones H + y OH - provienen de la disociación del agua, se formará igual número de iones H + que de OH - y, dado que el producto iónico Kw es igual a 10 -14 , la concentración de H + y de OH - será: (H + ) = (OH - ) = V 10 -14 moles 2 / (dm 3 ) 2 (H + ) = 10 -7 mol/dm 3 (OH - )= 10 -7 mol / dm 3 Si agregamos un ácido al agua, aumenta la concentración H + por encima del valor 10-7 mol / dm3 pero el producto permanece constante. Por lo tanto tendrá que disminuir la concentración OH - . En una solución ácida la concentración H + es mayor que 10 -7 mol /dm 3 (H + ) > 10 -7 mol / dm 3 Si al agua se le agrega una base, aumenta la concentración de OH - , disminuye la concentración de H + . Por lo tanto, en una solución básica la concentración de H + es menor que 10 -7 mol/dm 3 . (H + ) < 10 -7 mol/dm 3 En resumen: (H + ) > 10 -7 Medio ácido (H + ) = 10 -7 Medio neutro (H + ) < 10 -7 Medio básico pH “El pH de un medio es el número n que resulta de expresar la concentración de H + como 10 –n mol /dm 3 . Es una medida del grado de acidez o alcalinidad de una sustancia. Si el pH es menor que 7 el medio es ácido. Si s igual a 7 es neutro . y si es mayor que 7 es básico” ESCALA DE pH 0 7 14 medio ácido medio básico medio neutro ¿ Cómo se calcula el pH? pH = - log (H + ) pH = - log (H3O+) pOH = -log (OH - ) pH + pOH = 14 | pH de algunas sustancias o soluciones jugo gástrico 2 limón 2,3 vinagre 2,8 manzana 3,1 naranja 3,5 tomate 4,2 leche de vaca 6,0 agua pura 7 huevos 7,8 agua de mar 8,5 leche de magnesia 10,5 agua de cal 12,3 NEUTRALIZACIÓN “ Es la reacción entre un ácido y una base para dar sal y agua” Ácido + Base Sal + Agua INDICADORES QUÍMICOS “ Son sustancias que ponen de manifiesto si estamos en presencia de un ácido o de una base. Son sustancias que tienen la propiedad de cambiar de color frente a un ácido o una base.” NOMBRE VIRE(pH) COLOR ACIDO COLO BASICO Violeta de Metilo 0.5 - 1.5 amarillo azul Amarillo de Metilo 1.2 - 4.0 rojo amarillo Azul de Bromofenol 3.0 - 4.6 amarillo azul Naranja de Metilo 3.1 - 4.4 rojo anaranjado Verde de Bromocresol 3.8 - 5.4 amarillo azul Rojo de Metilo 4.2 - 6.0 rojo amarillo Rojo de Clorofenol 4.8 - 6.4 amarillo rojop- nitrofenol 5.6 - 7.6 incolora amarillo Azul de Bromotimol 6.0 - 7.6 amarillo azul Rojo Fenol 6.4 - 8.0 amarillo rojo Rojo Cresol 7.8 - 8.8 amarillo rojo Azul de Timol 8.0 - 9.6 amarillo azul fenoftaleína 8.0 - 9.8 incoloro rojo Timoftaleina 9.3 - 10.5 incoloro azul Amarillo deAlizarina 10.0 - 12.0 amarillo violeta Púrpura de m- cresol 1.2 - 1.8 rojo amarillo http://eros.pquim.unam.mx/~rodolfo/acido-base/Mywidget/ind.html http://eros.pquim.unam.mx/~rodolfo/acido-base/Mywidget/ind.html http://eros.pquim.unam.mx/~rodolfo/acido-base/Mywidget/ind.html 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