Metodología científica y Aprendizaje de ÁCIDOS Y BASES Metodología científica y Aprendizaje de la Física y Química Irene Moreno Horrillo

Objetivos Conocer las características experimentales de ácidos y bases. Estudiar las teorías que permiten explicar el comportamiento de los ácidos y de las bases. Comprender que no todos los ácidos ni todas las bases son igual de fuertes, y que puede haber ácidos y bases fuertes y débiles. Aprender la importancia de la escala pH para indicar la concentración de protones o de hidróxidos de una disolución. Calcular y medir el pH de una disolución. Aprender a realizar volumetrías ácido-base. Entender que una disolución de una sal puede ser ácida o básica en función de la procedencia de la sal. Conocer el funcionamiento de las disoluciones reguladoras. Ácidos y Bases

Contenidos Introducción Propiedades generales Teorías de ácidos y bases Fuerza relativa de ácidos y bases Autoionización del agua Concepto de pH y pOH Indicadores de ácido-base Valoraciones ácido-base (Volumetrías) Ácidos y Bases

1. INTRODUCCIÓN Lavoisier Davy (1810) Uebig Los ácidos se formaban al quemar no metales (C, P, S…) en atmósfera de O2 y posterior disolución en H2O Lavoisier El O2 es el causante de las propiedades ácidas Lavoisier y su esposa Davy (1810) HCl, (H y Cl) El H es el causante de la acidez Uebig características del ataque de los ácidos sobre los metales los ácidos son aquellas sustancias que contienen por lo menos un átomo de hidrógeno sustituible por un metal. Ácidos y Bases

2. PROPIEDADES GENERALES Ácidos Tienen sabor agrio. Son corrosivos para la piel. Enrojecen ciertos colorantes vegetales. Disuelven sustancias. Atacan a los metales desprendiendo H2 Pierden sus propiedades al reaccionar con bases. Ácidos y Bases

2. PROPIEDADES GENERALES Bases Tienen sabor amargo. Suaves al tacto pero corrosivos con la piel. Dan color azul a ciertos colorantes vegetales. Precipitan sustancias disueltas por ácidos. Disuelven grasas. Pierden sus propiedades al reaccionar con ácidos. Ácidos y Bases

3. TEORIAS ÁCIDO-BASE Teoría Arrhenius Ácido: sustancia que en disolución acuosa produce iones H+1 Ejemplo: HCl(aq) H+1(aq) + Cl-1(aq) Base: sustancia que en disolución acuosa produce iones OH-1 Ejemplo: NaOH(aq) Na+1(aq) + OH-1(aq) NOTA: la teoría de Arrhenius no incluía las bases que no contienen OH como el NH3. Arrhenius Ácidos y Bases

3. TEORIAS ÁCIDO-BASE Ácido: especie química que dona un protón. Teoría Bronsted-Lowry Ácido: especie química que dona un protón. Ejemplo: HCl + H2O Cl- + H3O+ Ácido Base Base conjugada Ácido conjugado Base: especie química que acepta un protón. Ejemplo: NH3 + H2O NH4+1 + OH- Base Ácido Ácido conjugado Base conjugada Johannes Bronsted Thomas Lowry Ácidos y Bases

3. TEORIAS ÁCIDO-BASE Teoría de Lewis Ácido de Lewis: sustancia que acepta un par de electrones (no enlazantes) Ejemplo: H+ Base de Lewis: sustancia que cede un par de electrones (no enlazantes) y que forma enlace covalente coordinado. Ejemplo: :NH3 Gilbert N. Lewis Ácidos y Bases

3. TEORIAS ÁCIDO-BASE Hay compuestos que pueden comportarse como ácidos y como bases, según se enfrenten a una sustancia que sea más o menos ácida que ella. A estas sustancias se las denomina anfóteras, anfipróticas o anfolíticas. La sustancia anfótera, por excelencia, es el agua (H2O). Ejemplo: HCl + H2O Cl- + H3O+ NH3 + H2O NH4+ + OH- Ácidos y Bases

4. FUERZA RELATIVA DE ÁCIDOS Y BASES La fuerza de un ácido y de una base está determinado por la capacidad que tienen de donar o aceptar un protón. Cuanto más fuerte sea un ácido, tanto más débil será su base conjugada; y viceversa. Ejemplo de reacción ácido-base general: AH + B A- + BH+ Ácido Base Base conjugada Ácido conjugado Ácidos y Bases

Ácido fuerte Son sustancias químicas que se disocian totalmente al ser disueltas en H2O, dando lugar a un proceso irreversible. Pueden ser buenos conductores. Entre los ácidos fuertes tenemos: HClO4, HI, HBr, HCl, H2SO4, HNO3 Ejemplo: HCl H+ + Cl- 2M 2M 2M H2SO4 2H+ + SO4-2 3M 6M 3M Ácidos y Bases

Base fuerte Son sustancias químicas que se disocian totalmente (100%) debido a que la reacción de disociación transcurre en un solo sentido ( ). Entre las bases fuertes tenemos: LiOH, NaOH, KOH, Ca(OH)2 Ejemplo: NaOH Na+ + OH- 0,5M 0,5M 0,5M Ácidos y Bases

Ácido débil Son sustancias químicas que se disocian parcialmente (ceden con dificultad su protón). Es un proceso reversible que presenta un equilibrio iónico. Entre los ácidos débiles tenemos: Ácido acético H3COOH Ácido bórico H3BO3 Ácido sulhídrico H2S entre otros. Ácidos y Bases

Base débil Son sustancias químicas que se disocian parcialmente (ceden con dificultad su protón. Es un proceso reversible que presenta un equilibrio iónico. Entre los ácidos débiles tenemos: NH3, NaClO, NH4OH NOTA: La fuerza de un ácido y de una base depende de su constante de acidez o basicidad. A mayor valor de la constante, mayor facilidad del ácido o base para disociarse (mayor fuerza ácida o básica). Ácidos y Bases

Algunos ejemplos de ácidos y bases fuertes y débiles

¿Valor de K? Resulta de aplicar la Ley de acción de masas a la reacción. Ka: AH + H2O A- + H3O+ Ka La Ka, llamada constante de acidez, mide cuantitativamente la fuerza del ácido. A mayor Ka, más fuerte será el ácido y, por tanto, más débil su base conjugada. Ácidos y Bases

Actividad 1 En una disolución 0,050M de un ácido HA monoprótico se determina que la concentración de H3O+en la disolución es 4·10−5M. Calcula el valor de la constante de ionización del ácido. Ácidos y Bases

¿Valor de K? Resulta de aplicar la Ley de acción de masas a la reacción. Kb: B + H2O BH+ + OH- Kb La Kb, llamada constante de basicidad, mide cuantitativamente la fuerza de una base. A mayor Kb, más desplazado estará el equilibrio hacia la derecha. Ácidos y Bases

5. AUTOIONIZACIÓN DEL AGUA Es el disolvente común de ácidos y bases y se autoioniza de la siguiente manera: H2O + H2O H3O+ + OH- =10-14mol/L Kw Producto iónico del agua Ácidos y Bases

5. AUTOIONIZACIÓN DEL AGUA ¿Qué relación tienen Kw con Ka y Kb? Ácidos y Bases

5. AUTOIONIZACIÓN DEL AGUA Así, podemos distinguir tres tipos de disoluciones según las proporciones de los iones procedentes de la ionización del agua: Neutras: [H3O+]=[OH-]= 10-7 Ácidas: [H3O+]>[OH-] [H3O+]>10-7 Básicas: [H3O+]<[OH-] [H3O+]< 10-7 Nota: : [H3O+]=[H+] Ácidos y Bases

6. CONCEPTO pH Y pOH Propuesto por Sorensen en 1909. El pH es el logaritmo decimal del inverso de [H3O+] (o menos el logaritmo decimal de [H3O+]). pH-metro Ácidos y Bases

6. CONCEPTO pH Y pOH Si pH<7 Dis. Ácida Si pH = 7 Dis. Neutra De la aplicación de las propiedades de los logaritmos, y del conocimiento de los valores posibles de [H3O+] , obtendremos que el pH puede variar entre 0 y 14, de modo que los tipos de disoluciones se caracterizarán: Si pH<7 Dis. Ácida Si pH = 7 Dis. Neutra Si pH> 7 Dis. Básica Ácidos y Bases

6. CONCEPTO pH Y pOH De la misma manera puede definirse el pOH. Es el logaritmo negativo de [OH-]. Se cumple que pH+pOH=14 Escala de pH: Ácidos y Bases

Escala de pH para algunas sustancias comunes ¿Seríais capaces de decirme más sustancias ácidas y básicas comunes? Ácidos y Bases

Actividad 2 Calcula el pH de una disolución 3,0·10-3M de Ba(OH)2 Los hidróxidos se disocian totalmente a no ser que nos indiquen lo contrario. Ácidos y Bases

7. INDICADORES DE ÁCIDO-BASE Aparte de utilizar pH-metro, podemos medir el pH de una disolución mediante indicadores. Son sustancias orgánicas formadas por ácidos y bases débiles y que tienen colores diferentes en media ácido o en medio básico. INDICADORES COLOR (ÁCIDO) COLOR (BÁSICO) Naranja de metilo Naranja Amarillo Rojo de metilo Rojo Azul de bromotimol Azul Papel de tornasol Fenolftaleína Incoloro Violeta Verde de bromocresol Ácidos y Bases

En general: Ácidos y Bases

8. VOLUMETRÍAS ÁCIDO-BASE Son reacciones que neutralizan, y tiene lugar entre un ácido y una base dando como productos el agua y la sal correspondiente. Ácido + Base Sal + Agua Se utilizan para determinar la concentración de una disolución. Al final de cualquier neutralización siempre se cumple que: Nº de H+ del ácido = Nº de OH- de la base Na · Va = Nb · Vb Ácidos y Bases

8. VOLUMETRÍAS ÁCIDO-BASE Ejemplo: Video valoración Ácido-Base Ácidos y Bases

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Actividades Ácidos y Bases

BIBLIOGRAFÍA http://recursostic.educacion.es/newton/web/materiales_didacti cos/acidosbases/historia.html?0&0 http://fresno.pntic.mec.es/~fgutie6/quimica2/ArchivosPDF/04 AcidoBase.pdf http://www.alonsoformula.com/inorganica/_private/Quimica2b ach06cast.pdf Química 2º Bachillerato. Edelvives. Ed 2009 Ácidos y Bases

Gracias por la atención Ácidos y Bases