REACCIONES DE TRANSFERENCIA DE PROTONES Teorías Ácido-Base REACCIONES DE TRANSFERENCIA DE PROTONES Ionización del agua Concepto de pH Fuerza de Ácidos y Bases Ácidos Polipróticos FÍSICA Y QUÍMICA EN LA RED Blog FÍSICA Y QUÍMICA EN LA RED web Hidrólisis de Sales Indicadores de pH Valoración Ácido-Base

Fuerza de Ácidos y Bases Valoración Ácido-Base Teoría de Arrhenius: Teorías Ácido-Base Ácido: sustancia al disolverse en agua, se disocia en protones (H+) y el correspondiente anión HA ↔ H+ + A- Base o álcali: sustancia que al disolverse en agua , se disocia en iones hidroxilo (OH-) y el catión correspondiente BOH ↔ B+ + OH- Ionización del agua Concepto de pH Fuerza de Ácidos y Bases Ácidos Polipróticos Hidrólisis de Sales Indicadores de pH Valoración Ácido-Base

Teoría de Arrhenius: DIFICULTADES NEUTRALIZACIÓN Teorías Ácido-Base DIFICULTADES Ionización del agua ¿Por qué NH3 es una base? Porque en disolución acuosa el NH3 se presentan como NH4OH, y cede OH-.¡Nunca se ha detectado NH4OH! Limita el comportamiento ácido – base a sustancias que puedan disolverse en agua Concepto de pH Fuerza de Ácidos y Bases Ácidos Polipróticos NEUTRALIZACIÓN Se produce al reaccionar un ácido con una base por formación de agua: H+ + OH–  H2O El anión que se disoció del ácido y el catión que se disoció de la base quedan en disolución inalterados (sal disociada): NaOH + HCl  H2O + NaCl (Na+ + Cl–) Hidrólisis de Sales Indicadores de pH Valoración Ácido-Base

Teoría de Brönsted y Lowry: Teorías Ácido-Base Ácido: toda sustancia capaz de ceder (H+) HCl + H2O → Cl- + H3O+ Base o álcali: toda sustancia capaz de aceptar (H+) NH3 + H2O → NH4+ + OH- Ionización del agua Concepto de pH Fuerza de Ácidos y Bases Anfóteros: sustancias que unas veces se comportan como ácidos y otras como bases Ácido: toda sustancia capaz de ceder (H+) H2O + NH3 → NH4+ + OH- Base o álcali: toda sustancia capaz de aceptar (H+) H2O + HCl → Cl- + H3O+ Ácidos Polipróticos Hidrólisis de Sales Indicadores de pH Valoración Ácido-Base

Par ácido – base conjugados Teoría de Brönsted y Lowry: Par ácido – base conjugados Teorías Ácido-Base Ionización del agua 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 convierte en su “ácido conjugado”. Concepto de pH Fuerza de Ácidos y Bases Ácidos Polipróticos Reacciones de neutralización: reacciones con transferencia de un protón desde un ácido a una base: HCl + NH3 → Cl- + NH4+ Ácido 1 base 2 base 1 ácido 2 Pares ácido – base conjugados Hidrólisis de Sales Indicadores de pH Valoración Ácido-Base

Teoría de Lewis: (aceptada hoy para ácidos y bases en general) Teorías Ácido-Base Ácido: aceptor de pares de electrones Base o álcali: dador de pares de electrones Ionización del agua Concepto de pH Reacción ácido-base: reacción de intercambio de pares de electrones Fuerza de Ácidos y Bases Ácidos Polipróticos Hidrólisis de Sales ácido de Lewis base de Lewis Indicadores de pH aducto Valoración Ácido-Base

Fuerza de Ácidos y Bases Valoración Ácido-Base Ionización del agua Reacción de autoprotólisis: H2O + H2O <═> H3O+ + OH- Teorías Ácido-Base Ionización del agua Concepto de pH El valor de dicho producto iónico del agua es: KW (25ºC) = 10–14 Fuerza de Ácidos y Bases En el caso del agua pura: Ácidos Polipróticos Disoluciones neutras [H3O+] = [OH-] [H3O+] = 10-7; [OH-] = 10-7 Disoluciones ácidas [H3O+] > [OH-] [H3O+] > 10-7; [OH-] < 10-7 Disoluciones básicas [H3O+] < [OH-] [H3O+] < 10-7; [OH-] > 10-7 Hidrólisis de Sales Indicadores de pH Valoración Ácido-Base

Concepto de pH KW = [H3O+] · [OH-] =10-14 Teorías Ácido-Base Tomamos logaritmos: -log KW = - log [H3O+] - log [OH-] Ionización del agua Se denomina pH a: pH = - log [H3O+] y Por lo que: 14 = pH + pOH Concepto de pH pOH = - log [OH-] Y para el caso de agua pura, H3O+=10–7 M: pH = – log 10–7 = 7 Fuerza de Ácidos y Bases Ácidos Polipróticos Disoluciones neutras [H3O+] = [OH-] [H3O+] = 10-7; [OH-] = 10-7 pH = 7; pOH = 7 Disoluciones ácidas [H3O+] > [OH-] [H3O+] > 10-7; [OH-] < 10-7 pH < 7; pOH > 7 Disoluciones básicas [H3O+] < [OH-] [H3O+] < 10-7; [OH-] > 10-7 pH > 7; pOH < 7 Hidrólisis de Sales Indicadores de pH Valoración Ácido-Base

Fuerza de Ácidos y Bases Valoración Ácido-Base Concepto de pH Teorías Ácido-Base  Ej: Una disolución de ácido sulfúrico tiene una densidad de 1,2 g/ml y una riqueza del 20 % en peso. a) Calcule su concentración molar. b) Calcule el pH de una disolución preparada diluyendo mil veces la anterior. Ionización del agua Concepto de pH Fuerza de Ácidos y Bases a) Ácidos Polipróticos M’ = 2,45/1000 = 0,00245 M H2SO4 → 2 H+ + SO42- 2M M pH = –log [H3O+] = –log (2 x 2,45x10–3 M) = 2,32 Hidrólisis de Sales Indicadores de pH Valoración Ácido-Base

Fuerza de Ácidos y Bases Valoración Ácido-Base Concepto de pH Teorías Ácido-Base RESUELVE  1) Calcula el pH de una disolución cuya concentración de iones H3O+ es 10-6 M Ionización del agua Concepto de pH 2) Calcula el pOH de la disolución anterior Fuerza de Ácidos y Bases 3) El pH de una disolución es 3,42. ¿Cuál es la concentración de iones H3O+? Ácidos Polipróticos Hidrólisis de Sales 4) Calcula el pH y el pOH de una disolución 0,1 M de HCl. Indicadores de pH 5) Calcula el pOH de una disolución de NaOH 0,025 M. Valoración Ácido-Base

Fuerza de ácidos y bases Teorías Ácido-Base Un ácido es tanto más fuerte cuanto mayor sea su capacidad para ceder protones. Una base es tanto mas fuerte cuanto mayor sea su capacidad para aceptar protones. Un proceso ácido-base implica una transferencia de protones de un compuesto a otro, por tanto la fortaleza de un ácido dependerá de la base y viceversa. Ionización del agua Concepto de pH Fuerza de Ácidos y Bases Ácidos Polipróticos Hidrólisis de Sales Indicadores de pH Valoración Ácido-Base

Fuerza de ácidos y bases Valoración Ácido-Base Teorías Ácido-Base Ácidos y bases fuertes Totalmente desplazados Ácido fuerte: HA + H2O → A- + H3O+ Base fuerte: B + H2O → BH+ + OH- Ionización del agua Concepto de pH Ácidos Débiles Fuerza de Ácidos y Bases HA + H2O ↔ A- + H3O+ Ej: CH3COOH (aq) + H2O (l) ↔ CH3COO- (aq) + H3O+ (aq) Ácidos Polipróticos Bases Débiles Hidrólisis de Sales B + H2O ↔ BH+ + OH- Ej: NH3 (aq) + H2O (l) ↔ NH4+(aq) + OH- (aq) Indicadores de pH Valoración Ácido-Base Cuanto mayor sea el valor de Ka, ó Kb , mayor será la fortaleza del ácido o de la base

Fuerza de ácidos y bases Valoración Ácido-Base Teorías Ácido-Base RESUELVE 6) Halla el pH de una disolución de amoníaco 0,05 M que está disociado al 20% Ionización del agua Concepto de pH 7) La constante de acidez del ácido acético es 1,8·10-5 a 25ºC. ¿Cuál será el pH de una disolución de ácido acético 0,2 M? Fuerza de Ácidos y Bases Ácidos Polipróticos 8) Obtén el valor de pH de una disolución HCOOH que tiene 1 gramo de ácido en 250 cm3 de disolución. Dato: Ka = 1,78·10-4 Hidrólisis de Sales 9) El pH de una disolución 0,1 M de un ácido es 3. Calcula la constante de disociación del ácido y la concentración de iones H3O+ Indicadores de pH Valoración Ácido-Base

Ácidos y bases conjugadas Fuerza de ácidos y bases Teorías Ácido-Base Ácidos y bases conjugadas Ionización del agua Cuanto más débil sea un ácido, más fuerte será su base conjugada Cuanto más débil sea una base, más fuerte será su ácido conjugado Concepto de pH Fuerza de Ácidos y Bases Ácidos Polipróticos Ácidos y bases relativos Hidrólisis de Sales Cuando se reaccionan entre si dos ácidos, la especie que se comporta como ácido será aquella que contenga mayor Ka Indicadores de pH Valoración Ácido-Base

Ácidos Polipróticos Son aquellos que pueden ceder más de un H+. Teorías Ácido-Base Son aquellos que pueden ceder más de un H+. ( ej.: el H2CO3 es diprótico) Existen pues, tantos equilibrios como H+ disocie: Ionización del agua Concepto de pH H2CO3 + H2O ↔ HCO3– + H3O+ HCO3– + H2O ↔ CO32– + H3O+ Fuerza de Ácidos y Bases Ácidos Polipróticos Hidrólisis de Sales Ka1 = 4,5 · 10–7 Ka2 = 5,7· 10–11 Indicadores de pH La constantes sucesivas siempre van disminuyendo Valoración Ácido-Base

Fuerza de Ácidos y Bases Valoración Ácido-Base Ácidos Polipróticos Teorías Ácido-Base EJ: Calcula el pH y la concentración de iones HCO3– y CO32– de una disolución 0,05 M de H2CO3 . Ka1 = 4,5 · 10–7 M y Ka2 = 5,7· 10–11 M Ionización del agua H2CO3 + H2O ↔ HCO3– + H3O+ 0,05 – x x x X = 1,49 · 10-4 M Concepto de pH [HCO3–] = 1,49 · 10-4 M [H3O+ ] = 1,49 · 10-4 M Fuerza de Ácidos y Bases Ácidos Polipróticos pH = 3,82 HCO3– + H2O ↔ CO32– + H3O+ 1,49 · 10-4 – x x x Hidrólisis de Sales X = 9,21 · 10-8 M [CO3–] = 9,21 · 10-8 M [H3O+ ] = 9,21 · 10-8 M Indicadores de pH Valoración Ácido-Base

Fuerza de Ácidos y Bases Valoración Ácido-Base Hidrólisis de sales Teorías Ácido-Base Según la teoría de Arrhenius, las sales son las sustancias resultantes de la reacción de un ácido y una base. Según esta teoría, cuando se forma la sal desaparecen las propiedades del ácido y de la base Ionización del agua Concepto de pH Fuerza de Ácidos y Bases Las sales al disolverse en agua se disocian separándose en sus iones. Ácidos Polipróticos Una sal sufre hidrólisis cuando alguno de sus iones reacciona con el agua comportándose como un ácido o una base. Hidrólisis de Sales Indicadores de pH Sólo es apreciable cuando estos iones proceden de un ácido o una base débil Valoración Ácido-Base

Sales procedentes de ácido fuerte y base fuerte. Hidrólisis de sales Teorías Ácido-Base Sales procedentes de ácido fuerte y base fuerte. Ionización del agua Ej: NaCl Concepto de pH NaCl (aq)  Na + (aq) + Cl – (aq) Fuerza de Ácidos y Bases Ácidos Polipróticos NO SE PRODUCE HIDRÓLISIS ya que tanto el Na+ que es un ácido muy débil (procede de una base NaOH muy fuerte), como el Cl– que es una base muy débil (procede de un ácido muy fuerte: HCl) apenas reaccionan con agua. Hidrólisis de Sales Indicadores de pH Valoración Ácido-Base

Sales procedentes de ácido débil y base fuerte. Hidrólisis de sales Teorías Ácido-Base Sales procedentes de ácido débil y base fuerte. Ionización del agua Ej: CH3–COONa CH3 - COONa (aq)  CH3 - COO - (aq) + Na + (aq) Concepto de pH Fuerza de Ácidos y Bases SE PRODUCE HIDRÓLISIS el Na+ es un ácido muy débil y apenas reacciona con agua, pero el CH3–COO– es una base fuerte y si reacciona: CH3–COO– + H2O ↔ CH3–COOH + OH– Por tanto pH > 7 (HIDRÓLISIS BÁSICA ). Ácidos Polipróticos Hidrólisis de Sales Indicadores de pH Valoración Ácido-Base

Sales procedentes de ácido fuerte y base débil. Hidrólisis de sales Teorías Ácido-Base Sales procedentes de ácido fuerte y base débil. Ionización del agua Ej: NH4Cl NH4Cl (aq)  NH4 + (aq) + Cl – (aq) Concepto de pH SE PRODUCE HIDRÓLISIS El NH4+ es un ácido relativamente fuerte y reacciona con agua El Cl– es una base débil y no lo hace NH4+ + H2O ↔ NH3 + H3O+ ═> pH < 7 (HIDRÓLISIS ÁCIDA) Fuerza de Ácidos y Bases Ácidos Polipróticos Hidrólisis de Sales Indicadores de pH Valoración Ácido-Base

Sales procedentes de ácido débil y base débil. Hidrólisis de sales Teorías Ácido-Base Sales procedentes de ácido débil y base débil. Ej: NH4CN En este caso tanto el catión NH4+ como el anión CN– se hidrolizan y la disolución será ácida o básica según qué ion se hidrolice en mayor grado. En este caso Kb(CN–) = 2 · 10–5 M y Ka(NH4+) = 5,6 · 10–10 M , → hidrólisis básica Kb(CN–) > Ka(NH4+) Ionización del agua Concepto de pH Fuerza de Ácidos y Bases Ácidos Polipróticos Hidrólisis de Sales Indicadores de pH Valoración Ácido-Base

Fuerza de Ácidos y Bases Valoración Ácido-Base Hidrólisis de sales Eje: Sabiendo que Ka (HCN) = 4,0 · 10–10 M, calcular el pH y el grado de hidrólisis de una disolución acuosa de NaCN 0,01 M. Teorías Ácido-Base Ionización del agua NaCN (aq)  Na + (aq) + CN - (aq) i) 0,01 f) – 0,01 0,01 Concepto de pH La reacción de hidrólisis será: CN– + H2O ↔ HCN + OH– Fuerza de Ácidos y Bases e) 0,01 – x x x Ácidos Polipróticos Hidrólisis de Sales Indicadores de pH Valoración Ácido-Base

Fuerza de Ácidos y Bases Valoración Ácido-Base Indicadores de pH Teorías Ácido-Base Son sustancias que cambian de color al pasar de la forma ácida a la básica: HIn + H2O ↔ In– + H3O+ forma ácida forma básica El cambio de color se considera apreciable cuando [HIn] > 10·[In–] o [HIn]< 1/10·[In–] pH = pKa + log In– / HIn = pKa  1 Ionización del agua Concepto de pH Fuerza de Ácidos y Bases Ácidos Polipróticos Hidrólisis de Sales Indicadores de pH Valoración Ácido-Base

Fuerza de Ácidos y Bases Indicadores de pH Teorías Ácido-Base Indicador Color forma ácida Color forma básica Zona de viraje (pH) Violeta de metilo Amarillo Violeta 0-2 Rojo Congo Azul Rojo 3-5 Rojo de metilo 4-6 Tornasol 6-8 Fenolftaleína Incoloro Rosa 8-10 Ionización del agua Concepto de pH Fuerza de Ácidos y Bases Ácidos Polipróticos Hidrólisis de Sales Indicadores de pH Valoración Ácido.Base

Valoraciones ácido-base Teorías Ácido-Base Utilizado para calcular el punto de equivalencia de una disolución ácido- base, es decir, para calcular la cantidad (o concentración) de ácido (o base) necesaria para neutralizar una determinada cantidad y concentración de una base (o ácido). Ionización del agua Concepto de pH Fuerza de Ácidos y Bases Ácidos Polipróticos Hidrólisis de Sales Indicadores de pH Valoración Ácido-Base

Valoraciones ácido-base Teorías Ácido-Base La neutralización de un ácido/base con una base/ácido de concentración conocida se consigue cuando n(OH–)estq = n(H3O+)estq La reacción de neutralización puede escribirse: ácido + base  sal + H2O Ionización del agua Concepto de pH Fuerza de Ácidos y Bases Ácidos Polipróticos Hidrólisis de Sales Indicadores de pH Valoración Ácido-Base

Valoraciones ácido-base Teorías Ácido-Base Ejemplo: Determina la concentración de una disolución de H₂SO₄ si para neutralizar 10 mL hacen falta 15 mL de disolución NaOH 0,5 M Ionización del agua Concepto de pH Fuerza de Ácidos y Bases Ácidos Polipróticos Hidrólisis de Sales Indicadores de pH Valoración Ácido-Base