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ACIDOS Y BASES 1 EQUILIBRIO IONICO • El equilibrio que se establece entre las especies que intervienen en una ionización. • Cuando una sustancia iónica se disuelve en agua se desco po e dando lugar a los iones que la forman (anión y catión). • En esta parte del curso, veremos el equilibrio iónico de ácidos y bases 2 Ácidos y bases corrientes NOMBRE FÓRMULA PRESENTE EN Ácidos Ácido acético HC2H3O2 Vinagre Ácido acetilsalicílico HC9H7O4 Aspirina Ácido ascórbico H2C6H6O6 Vitamina C Ácido cítrico H3C6H5O7 Jugo de limón y de otros cítricos Ácido clorhídrico HCI Jugos gástricos (líquidos digestivos del estómago) Ácido sulfúrico H2SO4 Pilas Bases Amoníaco NH3 Limpiadores domésticos (solución acuosa) Hidróxido de calcio Ca(OH)2 Cal apagada (utilizada en construcción) Hidróxido de magnesio Mg(OH)2 Lechada de magnesio (antiácido y laxante) Hidróxido de potasio (también llamado potasa cáustica) KOH Jabón suave Hidróxido de sodio NaOH Limpiadores de tuberías y hornos 3 ACIDOS • Sabor agrio (vinagre, limón) • Cambian el color del papel de tornasol de color azul a rojo (indicador) • Reaccionan con metales como el Zn, Mg, Fe para producir gas hidrógeno (H2) • Reaccionan con carbonatos y bicarbonatos para producir dióxido de carbono (CO2) • Las soluciones acuosas de los ácidos conducen la electricidad (son electrolitos) • Cuando reaccionan con las bases pierden sus propiedades ácidas y se obtienen otras sustancias denominadas sales El ácido tartarico, H2C4H4O6 se encuentra en muchas frutas 4 [Escriba aquí] BASES • Sabor amargo (leche de magnesia Mg(OH)2) • Resbaladizas al tacto (jabones alcalinos) • Cambian el color del papel de tornasol de color rojo al azul • Reaccionan con sales de magnesio dando precipitados • En soluciones acuosa , las bases conducen la electricidad (son electrolitos) • Reaccionan con los ácidos perdiendo sus propiedades y dando lugar a la formación de sales leche magnesia 5 TEORIA DE ARRHENIUS ACIDO – Cualquier sustancia neutra que en disolución acuosa es capaz de liberar iones H+ (protones). – Ejemplos: HCl + H2O ⇄ H+ + Cl-1 HNO3 + H2O ⇄ H+ + NO3-1 BASE – Cualquier sustancia que en disolución acuosa libera iones OH- (oxhidrilos). – Ejemplos: 6 [Escriba aquí] NaOH + H2O ⇄ Na+ + OH- KOH + H2O ⇄ K+ + OH- 7 Los ácidos y las bases se comportan como dos grupos químicamente opuestos RESTRICCIONES DE LA TEORIA DE ARRHENIUS • Restringida a soluciones acuosas • El amoniaco (NH3) y el carbonato de sodio (Na2CO3) no presentan OH - y sin embargo tienen propiedades básicas • No puede explicar por que las disoluciones de algunas sales, ej. el cloruro de amonio (NH4Cl) no son neutras • No explica reacciones de neutralización entre gases como: HCl (g) + NH3 (g) ⇄ NH4Cl (g) • El ión H+ o protón, no existe libre en disolución • El ión H+ se hidrata : H+ + H2O ⇄ H3O+ BRONSTED Y LOWRY ACIDO • Sustancia (átomo ión ó molécula) capaz de donar un protón (H+) HCl(ac) + H2O → H3O+(ac) + Cl-(ac) H2SO4 , CH3COOH , NH4 +, H2PO4 - BASE • Sustancia capaz de aceptar protones NH3 (ac) + H2O → NH4 + OH-(ac) Otros ejemplos 9 , NaOH, CO3 2-, Al(H2O)5(OH) 2+ 8 • Ácido es toda especie capaz de ceder un protón. El concepto incluye iones como el HCOe (formado al disolver NaHCO3 3 en agua), ya que son capaces de ceder un protón a una molécula de agua: HCO3aqH2OaqCO23aqH3Oaq • Base es toda especie capaz de aceptar un protón. Además de las bases típicas (hidróxidos), hay que incluir el amoníaco, ya que, al disolverse, acepta un protón del agua, formando el ion amonio: NH3aqH2Ol NH4aqOHaq La teoría de Brönsted y Lowry para ácidos y bases incluye a la de Arrhenius y la amplía 11 PARES ACIDO-BASE CONJUGADOS • Base conjugada : es la especie que resulta cuando el ácido pierde un protón. HCl(ac) + H2O(l) ⇄ Cl-1(ac) + H3O+(ac) Ácido Cl-1(ac) Base conjugada • Acido conjugado : es la especie que resulta cuando la base acepta un protón. NH3(ac) + H2O(l) ⇄ NH4+(ac) + OH-1(ac) NH4+(ac) base Ácido conjugado 12 Par Ácido/base conjugado • Siempre que una sustancia se comporta como ácido (cede H+) hay otra que se comporta como base (captura dichos H+). • Cuando un ácido pierde H+ se convierte en su base conjugada y cuando una base captura H+ se co vie te e su ácido conjugado. – H+ ÁCIDO (HA) BASE CONJ. (A–) + H+ + H+ 13 BASE (B) ÁC. CONJ. (HB+) – H+ Ejemplo de par Ácido/base conjugado Disociación de un ácido: • HCl (g) + H2O (l) H3O+(ac) + Cl– (ac) • En este caso el H2O actúa como base y el HCl al perder el H+ se transforma en Cl– (base conjugada) Disociación de una base: 14 • NH3 (g) + H2O (l) NH4+ + OH– • En este caso el H2O actúa como ácido pues cede H + al NH3 que se transforma en NH4 + (ácido conjugado) Ejemplos • HBr + H2O ⇄ Br –1 + H3 • ac.fenilacetico HC8H7O2 + H2O ⇄ C8H7O2- + H3 15 • NaOH + H2O ⇄ Na+1 + OH-1 + H2O • dimetilamina (CH3)2NH + H2O ⇄ (CH3)2NH2+ + OH- Teoría de Lewis ÁCIDOS: • “usta cia ue co tie e al e os u áto o capaz de aceptar un par de electrones y fo a u e lace covale te coo di ado . BASES: 16 • “usta cia ue co tie e al e os u áto o capaz de aportar un par de electrones para fo a u e lace covale te coo di ado . Teoría de Lewis (Ejemplos) • HCl (g) + H2O (l) H3O+(ac) + Cl– (ac) En este caso el HCl es un ácido porque contiene un átomo (de H) que al disociarse y quedar como H+ va a aceptar un par de electrones del H+). 2O formando un enlace covalente coordinado (H3O • NH3 (g) + H2O (l) NH4+ + OH– 17 En este caso el NH3 es una base porque contiene un átomo (de N) capaz de aportar un par de electrones en la formación del enlace covalente coordinado (NH4 +). Teoría de Lewis • De esta manera, sustancias que no tienen átomos de hidrógeno, como el AlCl3 pueden actuar como ácidos: • AlCl3 + :NH3 Cl3Al:NH3 • Cl H Cl H 18 | | | | Cl–Al + : N–H Cl–AlN–H | | | | Cl H Cl H FUERZA DE LOS ÁCIDOS. Se denominan ácidos fuertes a los ácidos que se encuentran totalmente disociados en disolución acuosa: HClaqH2OlClaqH3Oaq Esta reacción está tan desplazada hacia la derecha que es irreversible Se denominan ácidos débiles a los ácidos que se disocian sólo parcialmente en agua: HCN (aq) + H2O (aq) CN - (aq) + H3O+(aq) Es un equilibrio muy desplazado hacia la izquierda La constante de equilibrio, Ka se denomina constante de acidez o de ionización. 19 Para un ácido cualquiera: AH (aq) + H2O (l) A - (aq) + H3O+ (aq) [A-][H3O+] Ka = [AH] eq 17 Sustancias fuertes: () Están totalmente disociados – Ejemplos: HCl (ac) Cl– + H+ – NaOH (ac) Na+ + OH– • Sustancias débiles: (↔) 20 • Cuanto más fuerte es el ácido mayor será Ka, y mayor tendencia tiene a formarse A- El valor de la constante, Ka, es una medida de la fuerza de un ácido Como todas las constantes de equilibrio, Ka depende de la temperatura Están disociados parcialmente – Ejemplos: CH3–COOH (ac) ↔ CH3– COO– + H+ – NH3 (ac)+ H2O ↔ NH4+ + OH– FUERZA DE LAS BASES. Se denominan bases fuertes, a las bases que se encuentran totalmente disociadas en disolución acuosa, y el ion OH - muestra gran avidez por capturarun protón: NaOH (s) + H2O (l) Na+ (aq) + OH- (aq) Se denominan bases débiles, a las bases que se disocian sólo parcialmente en agua, tras aceptar un protón de ésta: NH3aqH3O NH4aqH3Oaq Es un equilibrio muy desplazado hacia la izquierda La constante de equilibrio, Kb, se denomina constante de basicidad o de ionización; para una base cualquiera: B (aq) + H2O (l) BH+ (aq) + OH - (aq) [BH+][OH-] 21 Kb = [B] eq 19 CONCEPTO DE PH. El pH de una disolución es el logaritmo en base 10, con el signo cambiado, de la concentración de iones H3O+ expresada en mol L-1. Por tanto, [H3O+ ] = 10-pH (mol L-1 ) Para una temperatura dada, el producto iónico del agua permanece constante A 25ºC, Kw = [H3O+][OH-] = 10 -14 en el agua pura, [H3O+] = [OH-] = 10 Por tanto, para el agua pura: pH = - log 10-7 = - (-7) = 7 22 Cuanto más fuerte es la base, mayor es Kb y el equilibrio se desplaza más a la derecha. • El valor de la constante, Kb, es una medida de la fuerza de una base. • Como todas las constantes de equilibrio, Kb depende de la temperatura. Disolución ácida Disolución neutra [H3O+] > [OH-] [H3O+] = [OH-] [H3O+] > 10-7 mol L-1 [H3O+ ]= 10-7 mol L-1 pH < 7 pH = 7 Disolución básica [H3O+] < [OH-] [H3O+] < 10-7 mol L-1 pH > 7 20 23 El valor del pH permite asignar el carácter ácido o básico de las disoluciones Gráfica de pH en sustancias comunes 24 ÁCIDO BÁSICO 14 2 3 4 6 8 9 1 10 11 12 13 75 Zumo de limón Cerveza Leche Sangre Agua mar Amoniaco Agua destilada CONCEPTO DE pOH. • A veces se usa este otro concepto, casi idéntico al de pH: pOHlog [OH ] 25 • Como Kw = H3O+ · OH– = 10–14 M2 • Aplicando logaritmos y cambiando el signo tendríamos: pH + pOH = 14 para una temperatura de 25ºC. Ejemplo: El pH de una disolución acuosa es 12,6. ¿Cual será la OH– y el pOH a la temperatura de 25ºC? 23 26 • pH = – log H3O+ = 12,6, de donde se deduce que: H3O+ = 10–pH = 10–12,6 M = 2,5 · 10–13 M • Como Kw = H3O+ · OH– = 10–14 M2 • entonces: • K 10–14 M2 OH– = ———W = —————— = 0,04 M H3O+ 2,5 · 10–13 M • pOH = – log OH– = – log 0,04 M = 1,4 • Comprobamos como pH + pOH = 12,6 + 1,4 = 14 ACIDOS BASES ACIDO BASE RESTRICCIONES DE LA TEORIA DE ARRHENIUS BASE , NaOH, CO32-, Al(H2O)5(OH)2+ PARES ACIDO-BASE CONJUGADOS Par Ácido/base conjugado (ácido conjugado) Teoría de Lewis (Ejemplos) Cl H Cl H [H3O+ ] = 10-pH (mol L-1 ) Gráfica de pH en sustancias comunes
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