Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 6. Equilibrios ácido-base I

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 2Contenidos Equilibrios ácido-base I Ácidos y basesÁcidos y bases Producto iónico del agua.Producto iónico del agua. Disoluciones neutras, ácidas y básicas.Disoluciones neutras, ácidas y básicas. Concepto de pH.Concepto de pH. Ácidos y bases fuertes y débiles: K a y K b.Ácidos y bases fuertes y débiles: K a y K b. Grado de ionización.Grado de ionización. Ácidos polipróticos.Ácidos polipróticos.

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 3 Bibliografía recomendada Petrucci: Química General, 8ª edición. R. H. Petrucci, W. S. Harwood, F. G. Herring, (Prentice Hall, Madrid, 2003). – –Secciones 17.1, 17.2, 17.3, 17.4, 17.5, 17.6, 17.9

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I Ácidos y bases

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 5 Ácidos y bases Teoría de Arrhenius: (punto de partida, superada) – –Ácido: sustancia que produce protones (H + ) en agua – –Base o álcali: sustancia que produce iones hidroxilo (OH - ) en agua – –¿Por qué es alcalino el amoniaco, NH 3 ? “Porque en disolución acuosa forma NH 4 OH, que cede OH -.” ¡Pero nunca se ha detectado la especie química NH 4 OH en agua! Necesitamos otra teoría [Lectura: Petrucci 17.1]

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 6 Ácidos y bases Teoría de Brønsted 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 [Lectura: Petrucci 17.2] ácidobase ácidobaseácidobase ácidobaseácidobase ácidobase conjugados

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 7 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 [Lectura: Petrucci 17.9] ácido de Lewis base de Lewis aducto

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I Ácidos y bases en disolución

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 9 Equilibrio de autoionización. Producto iónico del agua Agua pura: (Aunque no escribimos el subíndice eq, nos referirnos a concentraciones de equilibrio de aquí en adelante) a 25ºC: ácidobaseácidobase débil fuerte Anfótero: sustancia que puede actuar como ácido y como base a 60ºC: [Lectura: Petrucci 17.3] Dsln. ácidaDsln. neutraDsln. básica o alcalina

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 10 pH, pOH y pK Def.: Las concentraciones molares de H 3 O + y de OH - en disolución suelen ser mucho menores que 1 M; p.ej: [Lectura: Petrucci 17.3]

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 11 pH, pOH y pK Acidez Basicidad [Lectura: Petrucci 17.3]

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 12 pH y pOH Una muestra de agua de lluvia tiene pH=4,35. ¿Cuánto vale [H 3 O + ]? Una muestra de un amoniaco de uso doméstico tiene pH=11,28. ¿Cuánto vale [OH - ]?

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 13 Ácidos y bases fuertes Tienen el equilibrio de ionización muy desplazado a la derecha - puede considerarse totalmente desplazado, salvo en disoluciones muy concentradas - el aporte de la autoionización del agua a la concentración de H 3 O + en las disoluciones de ácidos fuertes y de OH - en las de bases fuertes es despreciable Ácidos fuertes más frecuentes Bases fuertes más frecuentes (sólo la 1ª ionización) [Lectura: Petrucci 17.4]

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 14 Ácidos y bases fuertes Ejemplo: Disolución HCl(ac) 0,015 M. ¿Cuánto valen las concentraciones molares de las especies presentes en la disolución y el pH? ~ todo el H 3 O + procede de la ionización del ácido los OH - proceden de la ionización del agua los Cl - proceden de la ionización del ácido [H 3 O + ] y [OH - ] deben ser consistentes con K w 4 [Lectura: Petrucci 17.4]

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 15 Ácidos y bases fuertes Ejemplo: Disolución saturada de Ca(OH) 2 (ac). ¿Cuánto valen las concentraciones molares de las especies presentes en la disolución y el pH? [Ca(OH) 2 : solubilidad a 25ºC 0,16 g/100 ml.] ~ todo el OH - procede de la ionización del la base disuelta los H 3 O + proceden de la ionización del agua los Ca 2+ proceden de la ionización de la base disuelta [H 3 O + ] y [OH - ] deben ser consistentes con K w la concentración de base disuelta e ionizada es su solubilidad molar 4 [Lectura: Petrucci 17.4] 1

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Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 17 Ácidos y bases débiles Es necesario considerar su equilibrio de ionización Constante de ionización o de acidez del ácido HA [Lectura: Petrucci 17.5] Constante de ionización o de basicidad de la base B - ácidos más fuertes cuanto mayor K a (cuanto menor pK a ) - bases más fuertes cuanto mayor K b (cuanto menor pK b )

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 18 Ácidos débiles Fuerza del ácido

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 19 Bases débiles Fuerza de la base

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 20 Ácidos débiles Disolución HA(ac) c 0 M. ¿Concentraciones molares de las especies presentes en la disolución? ~ todo el H 3 O + procede de la ionización del ácido (K w <<K a ) los OH - proceden de la ionización del agua los A - proceden de la ionización del ácido [Lectura: Petrucci 17.5] el HA se ioniza parcialmente; ¿es K a suficientemente pequeña para que c 0 -x=c 0 ? SINO

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 21 Si que equivale a aproximar La aproximación se hace para calcular Para calcular la concentración de equilibrio de HA se puede usar

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 22 Bases débiles [Lectura: Petrucci 17.5]12 SINO Disolución B(ac) c 0 M. ¿Concentraciones molares de las especies presentes en la disolución? ~ todo el OH - procede de la ionización de la base (K w <<K b ) los H 3 O + proceden de la ionización del agua los HB + proceden de la ionización de la base la B se ioniza parcialmente; ¿es K b suficientemente pequeña para que c 0 -x=c 0 ?1 2

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 23 Ácidos débiles Ejemplo: Disolución HF(ac) 0,15 M. ¿Cuánto valen las concentraciones molares de las especies presentes en la disolución y el pH? [HF: K a =6,6x10 -4 ] [Lectura: Petrucci 17.5] SI

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 24 Ácidos débiles Ejemplo: Disolución HF(ac) 0,00150 M. ¿Cuánto valen las concentraciones molares de las especies presentes en la disolución y el pH? [HF: K a =6,6x10 -4 ] [Lectura: Petrucci 17.5] NO

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 25 Ácidos débiles Ejemplo: El pH de una disolución HF(ac) 0,0015 M es 3,14. ¿Cuánto vale la constante de ionización del HF?

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 26 Bases débiles Ejemplo: Disolución piridina(ac) 0,0015 M. ¿Concentraciones molares de las especies presentes en la disolución y pH? [Piridina: K b =1,5x10 -9 ] SI

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 27 Bases débiles Ejemplo: El pH de una disolución de piridina(ac) 0,0015 M es 8,18 ¿Cuánto vale la constante de ionización de la piridina? no es necesario considerar si se desprecia frente a c 0 o no

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 28 Grado de ionización (de un ácido o de una base débiles) [Lectura: Petrucci 17.5] Grado de ionización = Molaridad de ácido ionizado Molaridad de ácido inicial Ácido fuerte Ácido débil 1 0 0,5

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 29 Grado de ionización (de un ácido o de una base débiles) Ácido fuerte Ácido débil 1 0 0,5 Ej.: ¿Cuál es el grado de ionización del HF(ac) 0,0015 M y del HF(ac) 0,15 M de los ejemplos de más atrás? HF(ac) 0,0015 M: HF(ac) 0,15 M:

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Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 31 Ácidos polipróticos [Lectura: Petrucci 17.6] Ejemplo: H 3 PO 4, con K a1 >> K a2 >> K a

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 32 Ácidos polipróticos [Lectura: Petrucci 17.6] Ejemplo: Disolución H 3 PO 4 (ac) 3.00 M. ¿Cuánto valen las concentraciones molares de las especies presentes en la disolución y el pH? SI

Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 6. Equilibrio ácido-base I 33 Ácidos polipróticos: El ácido sulfúrico H 2 SO 4 [Lectura: Petrucci 17.6] 1ª ionización: ácido fuerte; 2ª ionización: ácido débil Ejemplo: Disolución H 2 SO 4 (ac) 0,50 M. ¿Concentraciones molares de las especies presentes en la disolución y pH? [K a2 =1,1x10 -2 ]