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

Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I Contenidos Equilibrios ácido-base I Ácidos y bases Producto iónico del agua. Disoluciones neutras, ácidas y básicas. Concepto de pH. Ácidos y bases fuertes y débiles: Ka y Kb. Grado de ionización. Ácidos polipróticos. Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I

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) UAM 6. Equilibrio ácido-base I

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

Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I 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, NH3? “Porque en disolución acuosa forma NH4OH, que cede OH-.” ¡Pero nunca se ha detectado la especie química NH4OH en agua! Necesitamos otra teoría [Lectura: Petrucci 17.1] Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I

Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I 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 ácido base ácido base ácido base ácido base base ácido ácido base conjugados conjugados [Lectura: Petrucci 17.2] Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I

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

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

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

Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I pH, pOH y pK Las concentraciones molares de H3O+ y de OH- en disolución suelen ser mucho menores que 1 M; p.ej: Def.: [Lectura: Petrucci 17.3] Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I

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

Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I pH y pOH Una muestra de agua de lluvia tiene pH=4,35. ¿Cuánto vale [H3O+]? Una muestra de un amoniaco de uso doméstico tiene pH=11,28. ¿Cuánto vale [OH-]? Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I

Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I 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 H3O+ 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) UAM 6. Equilibrio ácido-base I

Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I 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? 1 • los Cl- proceden de la ionización del ácido 2 ~ todo el H3O+ procede de la ionización del ácido 3 • los OH- proceden de la ionización del agua 3 • [H3O+] y [OH-] deben ser consistentes con Kw 4 [Lectura: Petrucci 17.4] Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I

Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I 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.] 1 • los Ca2+ proceden de la ionización de la base disuelta 3 • los H3O+ proceden de la ionización del agua 2 ~ todo el OH-procede de la ionización del la base disuelta 1 • la concentración de base disuelta e ionizada es su solubilidad molar 3 • [H3O+] y [OH-] deben ser consistentes con Kw 4 [Lectura: Petrucci 17.4] Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I

Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I Ácidos y bases débiles Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I

Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I Ácidos y bases débiles Es necesario considerar su equilibrio de ionización Constante de ionización o de acidez del ácido HA - ácidos más fuertes cuanto mayor Ka (cuanto menor pKa) Constante de ionización o de basicidad de la base B - bases más fuertes cuanto mayor Kb (cuanto menor pKb) [Lectura: Petrucci 17.5] Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I

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

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

Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I Ácidos débiles Disolución HA(ac) c0 M. ¿Concentraciones molares de las especies presentes en la disolución? • el HA se ioniza parcialmente; ¿es Ka suficientemente pequeña para que c0-x=c0? 1 2 • los A- proceden de la ionización del ácido ~ todo el H3O+ procede de la ionización del ácido (Kw<<Ka) • los OH- proceden de la ionización del agua NO SI 1 2 [Lectura: Petrucci 17.5] Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I

Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I 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) UAM 6. Equilibrio ácido-base I

Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I Bases débiles Disolución B(ac) c0 M. ¿Concentraciones molares de las especies presentes en la disolución? • la B se ioniza parcialmente; ¿es Kb suficientemente pequeña para que c0-x=c0? 1 2 • los HB+ proceden de la ionización de la base ~ todo el OH- procede de la ionización de la base (Kw<<Kb) • los H3O+ proceden de la ionización del agua NO SI 1 2 [Lectura: Petrucci 17.5] Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I

Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I 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: Ka=6,6x10-4] SI [Lectura: Petrucci 17.5] Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I

Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I 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: Ka=6,6x10-4] NO [Lectura: Petrucci 17.5] Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I

Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I 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) UAM 6. Equilibrio ácido-base I

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

Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I 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 c0 o no Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I

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

Grado de ionización (de un ácido o de una base débiles) 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: Ácido fuerte 1 0,5 Ácido débil Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I

Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I Ácidos polipróticos Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I

Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I Ácidos polipróticos Ejemplo: H3PO4, con Ka1 >> Ka2 >> Ka3 1 2 3 4 [Lectura: Petrucci 17.6] Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I

Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I Ácidos polipróticos Ejemplo: Disolución H3PO4(ac) 3.00 M. ¿Cuánto valen las concentraciones molares de las especies presentes en la disolución y el pH? 1 SI 2 3 4 1 2 3 4 [Lectura: Petrucci 17.6] Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I

Ácidos polipróticos: El ácido sulfúrico H2SO4 1ª ionización: ácido fuerte; 2ª ionización: ácido débil Ejemplo: Disolución H2SO4(ac) 0,50 M. ¿Concentraciones molares de las especies presentes en la disolución y pH? [Ka2=1,1x10-2] [Lectura: Petrucci 17.6] Química (1S, Grado Biología) UAM 6. Equilibrio ácido-base I