SUSTANCIAS ACIDO- BASE

Presentación del tema: "SUSTANCIAS ACIDO- BASE"— Transcripción de la presentación:

1 SUSTANCIAS ACIDO- BASE
Unidad 03 – Sesión 04 SUSTANCIAS ACIDO- BASE EQUILIBRIO IÓNICO

2 Logro de Aprendizaje Al finalizar la sesión el estudiante establece la diferencia entre una sustancia ácida y básica, resuelve ejercicios de 𝑝𝐻𝑦 𝑝𝑂𝐻 en electrolitos fuertes y electrolitos débiles.

3 Contenido del Tema Propiedades generales de ácidos y bases.
Teorías Acido y Base Electrolitos fuertes y débiles. 𝑝𝐻𝑦 𝑝𝑂𝐻. Auto ionización del agua.

4 Ácidos Propiedades generales de los ácidos 1.- Tienen sabor agrio
2.- Atacan a los carbonatos liberando CO2(g) 3.- Corroen a los metales liberando H2(g) 4.- Cambian de color al papel de tornasol de azul a rojo.

5 Propiedades generales de los ácidos
5.- Neutralizan a los bases (Reaccionan con los hidróxidos) 6.- Disueltos en agua son buenos conductores eléctricos (Son electrólitos)

6 Bases Propiedades generales de las bases
1.- Tienen sabor amargo 2.- Son resbalosos al tacto. 3.- Desnaturalizan a las compuestos orgánicos. 4.- Cambian de color al papel de tornasol de rojo a azul. 4.- Cambian de color al papel de tornasol de azul a rojo.

7 Propiedades generales de las bases
5.- Neutralizan a los ácidos (Antiácidos estomacales) 6.- Disueltos en agua son buenos conductores eléctricos (Son electrólitos)

8 TEORIAS ÁCIDO - BASE

9 I.- Según Sanvat Arrhenius:
1.1.- Ácido: Es toda sustancia que al estar disuelto en agua libera iones hidrogeno 𝐻 (𝑎𝑐) 1+ Son ácidos de Arrhenius: Ejem. Los ácidos hidrácidos: HF; HCl; HBr; HI; H2S; H2Se Los ácidos oxácidos: HNO3; H2SO4; HClO4; H3PO4;H2CO3;

10 Los ácidos carboxílicos: HCOOH; CH3COOH; HOOC-COOH
Ejem. Los ácidos carboxílicos: HCOOH; CH3COOH; HOOC-COOH Al estar disueltos en agua se ionizan: 1𝐻𝑁𝑂 𝐻 𝑁𝑂 3 1− Ac. Monoprótico 1 𝐻2𝑆𝑂 𝐻 𝑆𝑂 4 2− Ac. Diprótico 1 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻 𝐶𝐻3𝐶𝑂 𝑂 1− +1 𝐻 1+ Ac. Monoprótico

11 1.2.- Base: Es toda sustancia que al estar disuelto en agua libera iones hidróxido O 𝐻 (𝑎𝑐) 1− Son bases de Arrhenius: Ejem. Los Hidróxidos: LiOH; NaOH; KOH;… Mg(OH)2; Ca(OH)2; Sr(OH)2; … Al(OH)3;…..

12 Al estar disueltos en agua se ionizan:
Ejem. Al estar disueltos en agua se ionizan: 1Na𝑂 𝐻 (𝑎𝑐) 𝑁𝑎 (𝑎𝑐) 𝑂𝐻 (𝑎𝑐) 1− Monobásico 1 𝐶𝑎(𝑂 𝐻) 2(𝑎𝑐) 𝐶𝑎 (𝑎𝑐) 𝑂𝐻 (𝑎𝑐) 1− Dibásico 1 𝐴𝑙(𝑂 𝐻) 3(𝑎𝑐) 𝐴𝑙 (𝑎𝑐) 𝑂𝐻 (𝑎𝑐) 1− Tribásico

13 Observación: 𝑛 ( 𝐻 1+ ) = 𝑛 (𝑂 𝐻 1− )
Las reacción de neutralización es: 𝟏 𝐻 1+ +𝟏 𝑂𝐻 1− 𝟏 𝐻 2 𝑂 𝑛 ( 𝐻 1+ ) = 𝑛 (𝑂 𝐻 1− ) Las siguientes sustancias al estar disueltos en agua tiene carácter: Ácido: BCl3; Bel2 Básico: NaClO; NH3

14 II.- Según Brönsted-Lowry
Reacción de protolisis o de transferencia de protones 2.1.- Ácido: Es toda sustancia que tiene la capacidad de ceder un protón H+1, para luego actuar como una base conjugada. Ejemplo: Cl 1- HSO4 1- HCl H2SO4 Base conjugada ácido ácido Base conjugada

15 2.2.- Base: Es toda sustancia que tiene la capacidad de aceptar un protón H+1, para luego actuar como un ácido conjugado. Ejemplo: NH4 1+ HSO4 1- SO4 2- NH3 Ácido conjugada Base ácido Base conjugada

16 HCl + H2O Cl1- + H3O1+ NH3 + H-OH NH41+ + OH1- Observación:
La reacción de protolisis es: Ejemplo: HCl + H2O Cl1- + H3O1+ Ácido 1 Base 1 Base 2 Ácido 2 Par conjugado Par conjugado NH3 + H-OH NH41+ + OH1- Base 1 Ácido 1 Ácido 2 Base 2 Par conjugado Par conjugado

17 III.- Según G.N Lewis 3.1 ÁCIDO:
“Sustancia que contiene al menos un átomo capaz de aceptar un par de e- y formar un enlace covalente coordinado”. Son ácidos de Lewis: Los cationes: 𝐻 1+ ; 𝑁𝑎 1+ ; 𝐶𝑎 2+ ; 𝐴𝑙 3+ ;… Los anhídridos: 𝐶𝑂 2 ; 𝑆𝑂 3 ; 𝐶𝑙 2 𝑂 5 ;… Las moléculas cuyo átomo central presenta octeto incompleto: 𝐵𝑒𝐶 𝑙 2 ; 𝐵𝐻 3 ; 𝑆𝑛𝐶𝑙 2 ;…

18 3.2 BASE: “Sustancia que contiene al menos un átomo capaz de ceder un par de e- y formar un enlace covalente coordinado”. Son bases de Lewis: Los aniones: 𝑂𝐻 1− ; 𝐶𝑙 1− ; 𝐻𝑆 1− ; 𝐶𝑂 3 2− ;… Los óxidos metálicos: 𝐶𝑎𝑂; 𝑁𝑎 2 𝑂; 𝐴𝑙 2 𝑂 3 ;… Las moléculas cuyo átomo central presenta pares de electrones libres: 𝑆𝑛𝐶𝑙 2 ; 𝑁𝐻 3 ; 𝐻 2 𝑂…

19 Electrólitos Son sustancias que al estar disueltos en agua conducen la corriente eléctrica (conductores eléctricos de segundo orden). Electrolito Fuerte Electrolito Débil Conduce la corriente eléctrica tenuemente Conduce la corriente eléctrica fuertemente

20 1.- Electrólitos Fuertes:
Son las sustancias químicas que al estar disueltos en agua se ionizan o disocian en un 100%. La ionización o disociación ocurre así: 𝟏𝐴 𝑥 𝐵 𝑦 𝒙 𝐴 𝑦 𝒚𝐵 𝑥− [ ]inicio: a M [ ]ioniza: -a M x.aM y.aM [ ]final: x.aM y.aM

21 Son electrolitos fuertes:
1.1.- Los ácidos fuertes: Son seis ácidos que al estar disueltos en agua se ionizan en forma total o en un 100%. Entre ellos tenemos al: HCl; HBr; HI; HClO4; H2SO4; HNO3 Ejemplo: En una solución acuosa 0,25M de H2SO4 𝟏𝐻 2 𝑆𝑂 𝟐 𝐻 𝟏𝑆𝑂4 2− [ ]inicio: 0,25 M [ ]ioniza: -0,25M *0,25M *0,25M [ ]final: ,50M ,25M

22 Ejemplo: En una solución acuosa I.- 0,08M de HCl. II M de H2SO4 III.- 0,0002M de HNO3. Determine la concentración molar de los iones hidrogeno H1+. Solución I.- 0,08M de HCl [H1+]=1.[HCl] =0.08M II.- 0,005M de H2SO4 [H1+]=2.[H2SO4] =0.01M III.- 0,0002M de HNO3 [H1+]=1.[HNO3] =2.10-4M

23 Potencial de concentración de iones hidrogeno (pH):
Nos indica la concentración molar de los iones hidrogeno [H1+] en una solución. El valor del pH nos indica el carácter ácido de la solución. Se evalúa como: pH= −log⁡[ 𝐻 1+ ] De donde tenemos: [H1+]= 10-pH M

24 Ejemplo: Determine el 𝑝𝐻 de las siguientes soluciones acuosas I.- 0,08M de HCl. II M de H2SO4. III.- 0,0002M de HNO3. Solución I.- 0,08M de HCl [H1+]=1.[HCl] =0.08M ∴𝑝𝐻=-log[H1+]=-log(0.08)=1.1 II.- 0,005M de H2SO4 [H1+]=2.[H2SO4] =0.01M ∴𝑝𝐻=-log[H1+]=-log(0.01)=2 III.- 0,0002M de HNO3 [H1+]=1.[HNO3] =2.10-4M ∴𝑝𝐻=-log[H1+]=-log(2.10-4)=3.7

25 Son electrolitos fuertes:
1.2.- Las bases fuertes: Son los hidróxidos que al estar disueltos en agua se disocian en forma total o en un 100%. Entre ellos tenemos al: NaOH; KOH; RbOH; Ca(OH)2; Sr(OH)2; Ba(OH)2 Ejemplo: En una solución acuosa 0,04M de Ca(OH)2 𝟏𝐶𝑎(𝑂 𝐻) 𝟏 𝐶𝑎 𝟐𝑂𝐻 1− [ ]inicio: 0,04 M [ ]ioniza: -0,04M *0,04M *0,04M [ ]final: ,040M ,08M

26 Ejemplo: En una solución acuosa I.- 0,016M de NaOH. II M de Sr(OH)2 III.- 0,0004M de KOH. Determine la concentración molar de los iones hidróxido OH1-. Solución I.- 0,016M de NaOH [OH1-]=1.[NaOH] =0.016M II.- 0,0025M de Sr(OH)2 [OH1-]=2.[Sr(OH)2] =0.005M III.- 0,0004M de KOH [OH1-]=1.[KOH] =4.10-4M

27 Potencial de concentración de iones hidróxido (pOH):
Nos indica la concentración molar de los iones hidróxido [OH1-] en una solución. El valor del 𝑝𝑂𝐻 nos indica el carácter básico de la solución. Se evalúa como: pOH= −log⁡[ 𝑂𝐻 1− ] De donde tenemos: [OH1-]= 10-pOH M

28 Ejemplo: Determine el 𝑝𝑂𝐻 de las siguientes soluciones acuosas I.- 0,016M de NaOH. II M de Sr(OH)2. III.- 0,0004M de KOH. Solución I.- 0,016M de NaOH [OH1-]=1.[NaOH] =0.016M ∴𝑝𝑂𝐻=-log[OH1-]=-log(0.016)=1,8 II.- 0,0025M de Sr(OH)2 [OH1-]=2.[Sr(OH)2] =0.005M ∴𝑝𝑂𝐻=-log[OH1-]=-log(0.005)=2,3 III.- 0,0004M de KOH [OH1-]=1.[KOH] =4.10-4M ∴𝑝𝑂𝐻=-log[OH1-]=-log(4.10-4)=3.4

29 2.- Electrólitos Débiles:
Son las sustancias químicas que al estar disueltos en agua se ionizan o disocian parcialmente llegando a formar un equilibrio iónico. El equilibrio iónico ocurre así: 𝟏𝐴 𝐵 𝟏 𝐴 𝟏 𝐵 1− [ ]inicio: a M [ ]ioniza: -x M xM xM [ ]final: (a-x)M xM xM 𝐾𝑖= 𝐴 1+ .[ 𝐵 1− ] [𝐴𝐵] 𝐾𝑖= (𝑥 ) 1 (𝑥 ) 1 (𝑎−𝑥 ) 1

30 En una solución acuosa 0,25M de HF 𝟏𝐻𝐹 (𝑎𝑐) 𝟏 𝐻 (𝑎𝑐) 1+ + 𝟏𝐹 (𝑎𝑐) 1−
Son electrólitos débiles: 2.1.- Los ácidos débiles: Son todo los ácidos que al estar disueltos en agua se ionizan en forma parcial llegando a forma un equilibrio iónico, entre ellos tenemos a todo los ácidos que no están en la lista de los fuertes. Ejemplo: En una solución acuosa 0,25M de HF 𝟏𝐻𝐹 (𝑎𝑐) 𝟏 𝐻 (𝑎𝑐) 𝟏𝐹 (𝑎𝑐) 1− [ ]inicio: 0,25 M [ ]ioniza: xM xM xM [ ]final: (0,25-x)M xM xM

31 Del equilibrio iónico tenemos ( 𝐾 𝑖 = 𝐾 𝑎 ):
𝐾𝑎=6,7∗ 10 −4 (Dato del problema) 𝐾 𝑎 = 𝐻 𝐹 1− 𝐻𝐹 𝐾 𝑎 = (𝑥) 1 . (𝑥) 1 (0,25−𝑥) 1 6,7∗ 10 −4 = (𝑥) 1 . (𝑥) 1 (0,25−𝑥) 1 6,7∗ 10 −4 = (𝑥) 2 (0,25− 𝑥 ≈0 ) 1 0,25∗6,7∗ 10 −4 =𝑥 ∴𝑥= 𝐻 1+ =0,0129 ∴𝑝𝐻=−𝑙𝑜𝑔 𝐻 1+ =1,89

32 Ácidos polipróticos Son aquellos ácidos que pueden ceder dos o protones H+. Ejemplo: El acido carbónico H2CO3 es diprótico. 𝐻2𝐶 𝑂 3(𝑎𝑐) ⇄ 𝐻𝐶 𝑂 3(𝑎𝑐) 1− + 𝐻 (𝑎𝑐) 1+ 𝐾 𝑎1 = 𝐻𝐶 𝑂 3 1− . 𝐻 𝐻2𝐶 𝑂 3 𝐾 𝑎1 =4,5𝑥 10 −7 𝐻𝐶 𝑂 3(𝑎𝑐) 1− ⇄ 𝐶 𝑂 3(𝑎𝑐) 2− + 𝐻 (𝑎𝑐) 1+ 𝐾 𝑎2 = 𝐶 𝑂 3 2− . 𝐻 𝐻𝐶 𝑂 3 1− 𝐾 𝑎2 =5,7𝑥 10 −11

33 Fuerza del ácido

34 2.2.- Las bases débiles: Son todo las sustancias básicas que al estar disueltos en agua se disocian o ionizan en forma parcial llegando a forma un equilibrio iónico, entre ellos tenemos a todo los hidróxidos que no están en la lista de los fuertes, el amoniaco y sus derivados. Ejemplo: En una solución acuosa 0,20M de NH3 𝟏𝑁𝐻 3 +𝐻𝑂𝐻 𝟏 𝑁 𝐻 4(𝑎𝑐) 1+ + 𝟏𝑂𝐻 (𝑎𝑐) 1− [ ]inicio: 0,20 M [ ]ioniza: -XM XM XM [ ]final: (0,20-X)M XM XM

35 Del equilibrio iónico tenemos ( 𝐾 𝑖 = 𝐾 𝑏 ):
𝐾𝑏=1,8∗ 10 −5 (Dato del problema) 𝐾 𝑏 = 𝑁𝐻 𝑂𝐻 1− 𝑁𝐻 3 𝐾 𝑏 = (𝑥) 1 . (𝑥) 1 (0,20−𝑥) 1 1,8∗ 10 −5 = (𝑥) 1 . (𝑥) 1 (0,20−𝑥) 1 1,8∗ 10 −5 = (𝑥) 2 (0,20− 𝑥 ≈0 ) 1 0,2∗1,8∗ 10 −5 =𝑥 ∴𝑥= 𝑂 𝐻 1− = 1,89∗10 −3 ∴𝑝𝑂𝐻=−𝑙𝑜𝑔 𝑂 𝐻 1+ =2,72

36 Fuerza de la base

37 GRADO DE IONIZACIÓN (𝜶)
Indica la cantidad de sustancia ionizada con relación a la cantidad inicial y se evalúa como: ∝ = [𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑖𝑜𝑛𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎] [𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙] Ejemplo: En la ionización de la solución 0,20M de 𝑁𝐻 3 , calcule el grado de ionización, según los datos del ejemplo anterior. Solución [ 𝑁𝐻 3 ] 𝑜 = 0,2M y [ 𝑁𝐻 3 ] 𝑖𝑜𝑛𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜 = 0,00189M ∝ = [ 𝑁𝐻 3 ] 𝑖𝑜𝑛𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜 [ 𝑁𝐻 3 ] 𝑜 = 0, ,2 =

38 PORCENTAJE DE IONIZACIÓN (%𝜶)
Es el grado de ionización expresado en cantidad porcentual: %∝ = 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑖𝑜𝑛𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑥100% Ejemplo: En la ionización de la solución 0,25M de 𝐻𝐹, calcule el grado de ionización, según los datos del ejemplo anterior. Solución [𝐻𝐹 ] 𝑜 = 0,25M y [𝐻𝐹 ] 𝑖𝑜𝑛𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜 = 0,0129M %∝ = [ 𝑁𝐻 3 ] 𝑖𝑜𝑛𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜 [ 𝑁𝐻 3 ] 𝑜 x100%= 0,0129 0,25 𝑥100%=5.16%

39 AUTOIONIZACIÓN DEL AGUA
El agua es un electrolito muy débil que se ioniza parcialmente llegando a formar un equilibrio iónico Según Brösnted Lowry: 𝐻 2 𝑂+ 𝐻 2 𝑂⇄ 𝐻 3 𝑂 1+ + 𝑂𝐻 1− Según Arrhenius: 1 𝐻 2 𝑂 ⇄ 𝐻 𝑂𝐻 1− [ ]inicial: 55,5M [ ]ioniza: -XM XM XM [ ]final: (55,5-X)M XM XM 39

40 En el equilibrio iónico tenemos: Ki
𝐾 𝑖 = 𝐻 𝑂𝐻 1− 𝐻 2 𝑂 𝐾 𝑖 . 𝐻 2 𝑂 = 𝐻 𝑂𝐻 1− 𝐾 𝑤 𝐾 𝑊 = 𝐻 𝑂𝐻 1− : Producto iónico del agua A 25°C se tiene en tablas para el agua pura: 𝐾 𝑊 =𝑥.𝑥= 10 −14 𝐾 𝑊 = 𝐻 𝑂𝐻 1− = 10 −14 ∴𝑥= 𝐻 1+ = 𝑂𝐻 1− = 10 −7 𝑀 En las soluciones acuosas a 25°C diluidas se tiene: 𝐾 𝑊 = 𝐻 𝑂𝐻 1− = 10 −14

41 En Las Soluciones Acuosas Diluidas a 25°C
Se tiene: 𝐾 𝑊 = 𝐻 𝑂𝐻 1− = 10 −14 Si la concentración molar de los iones: 𝐻 1+ = 𝑂𝐻 1− = 10 −7 𝑀 Solución neutra pH=7 Si la concentración molar de los iones: 𝐻 1+ > 10 −7 𝑀 Solución acida pH<7 Si la concentración molar de los iones: 𝐻 1+ < 10 −7 𝑀 Solución básica pH>7

42 Escala del pH En las soluciones acuosa diluidas a 25°C se tiene:
𝐾 𝑊 = 𝐻 𝑂𝐻 1− = 10 −14 Al tomar logaritmo se tiene: log[H3O+] + log[OH-] = log 10-14 log[H3O+] + log[OH-] = -14 (- log [H3O+]) +( - log[OH-])=14 pH + pOH = 14

43 Escala del pH

44 Medición del pH Comúnmente el pH se determina:
Utilizando un medidor de pH. Los electrodos del medidor se introducen en la solución para conocer su valor. En forma colorimétrica, utilizando papeles indicadores de pH o soluciones indicadoras que cambian de color de acuerdo a la acidez/alcalinidad de la solución en que son colocados o utilizados

45 Ejemplos

46 GRACIAS POR SU ATENCIÓN

47 4ta Tarea 01.- Indique cinco ejemplos de sustancias ácidas y básicas respectivamente que son comerciales. 02.- Indique cuatro propiedades generales de las sustancias acidas y básicas respectivamente. 03.- Indique el nombre y formula química de cinco ácidos y bases fuetes respectivamente. 04.- Determine el 𝑝𝐻 de 5L de una solución acuosa, que se preparo disolviendo 0,2 𝑚𝐿 de ácido sulfúrico al 98% de pureza de densidad 1,98𝑔/𝑚𝐿 P.A(uma): H=1; O=16; S=32.

48 05.- Luego de agregar 4.5L de agua des ionizada ha medio litro de solución acuosa 0,02M de HCl; determine el pH de la solución. 06.- Determine el pH de una solución acuosa luego de disolver 2g de NaOH en 10L de agua des ionizada. P.A(uma): H=1; O=16; Na=23. 07.- Determine el 𝑝𝐻 de vinagre adultera cuya composición es 5% en masa de CH3COOH, de densidad 1,08𝑔/𝑚𝐿 𝐾𝑎=1,8∗1 0 −5 ; 𝑀 CH3COOH =60 𝑔/𝑚𝑜𝑙 08.- Calcule las concentración molar de las diferentes especies en una disolución de HClO 0,2M. Ka(HCl)= 3,5x10-8

49 09.- Calcular el pH; [OH-] y el porcentaje de ionización en una solución acuosa 0,1M de NH3