ÁCIDOS DÉBILES EN LA VOLUMETRÍA Guatemala 26 de octubre de 2023 Química Analítica Ing. Julio David Guzmán Benítez.

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1 ÁCIDOS DÉBILES EN LA VOLUMETRÍA Guatemala 26 de octubre de 2023 Química Analítica Ing. Julio David Guzmán Benítez

2 1.Definición y efectos sobre la volumetría. En un alto porcentaje, son de naturaleza orgánica, es decir que Poseen en su composición total o parcial C,H,O,N,S,P “Un ácido débil es aquel que en disolución acuosa tiene poca capacidad de disociarse en hidrógeno (H + ) y en su correspondiente base conjugada. A diferencia de los ácidos fuertes, cuya disociación es completa (100%) y prácticamente irreversible, los ácidos débiles apenas se disocian y de un modo reversible.”

3 2.Características de los ácidos débiles ■Los ácidos débiles, usualmente, tienen un pH comprendido entre 2.0 y menos de 7.0, por lo que tornan en rojo el color del papel tornasol. Estos valores de pH son muchos más altos que los valores de pH producidos por los ácidos fuertes, aunque hay excepciones. ■Los ácidos débiles en solución se ionizan poco o parcialmente en el agua, disociándose en la base conjugada del ácido y el ión hidrógeno. Entonces, un ácido débil en solución acuosa se encuentra en su mayor parte no disociado, con una pequeña proporción disociado. ■La ionización de un ácido débil se suele esquematizar en la forma siguiente: HA ⇌ A – + H 3 O – Donde HA es el ácido débil, A – su base conjugada, y H 3 O + el catión hidronio, que es la forma como el H + existe o se manifiesta en el agua. La concentración (o actividad) del H 3 O + se utiliza en lugar del H + para la determinación del pH de la solución.

4 3.Grado de ionización Algunos ácidos son más débiles que otros, lo que es igual a decir, que están menos ionizados. Por lo tanto, el grado de ionización permite entrever qué tan ácida es la disolución de un ácido bajo determinadas condiciones. Para expresar el grado de ionización se introdujo varios parámetros, como la constante de ionización o acidez (Ka) y el pKa: una forma de expresar Ka en un número simple que omite el uso de un número expresado en potencias negativas de diez (10), tal como existe en el Ka. Las constantes Ka y pKa son usadas fundamentalmente para los ácidos débiles. Ka = [A – ][H + ] / [HA] Los corchetes presentes en la fórmula representan concentraciones. pKa = – log Ka El valor del pKa de un ácido débil oscila usualmente entre 2 y 12. Pero hay excepciones. Por ejemplo: el ácido yódico (HIO 3 ) tiene un pKa de 0.77, lo que se considera un valor relativamente pequeño, pero sin ser negativo, para un ácido débil en un sentido estricto.

5 ■Semejante a la parte en la cual se estudio sobre el diagrama de Sillen podemos representar zonas gráficas establecidas en donde podemos ubicar ácidos fuertes diluidos y ácidos débiles, en función del parámetro medible del pH, como concentración de Hidrógeno libre (H+), donde el valor pKa, dependiendo del pH sería representado: pKa = log (pH) solución ■O bien puede representarse el valor de pH a la inversa dependiendo de la concentración (H+) libre de la disolución. Así por ejemplo con el ácido benzoico que tiene una constante de acidez o ionización, de 1.8 x 10-5, para una concentración de 0.5 M, la concentración de (H+) se calcula de la siguiente forma: Ka = (A-)(H+) / (HA) 1.8 x 10-5 = (X)(X) / 0.5 (1.8 x 10-5)(0.5) = (X)(X) / 0.5 X = 3 x 10-3 Por lo tanto el pH = -log (3 x 10-3) = 2.52

6 En este contexto podemos representar en un diagrama de Sillen el valor obtenido contra los ejes de pH vs volumen/concentración la representación del ácido diluido obtenido, en la zona correspondiente intermedia entre los ácidos débiles y el valor de Kw como referentes, para indicar el grado de disociación del producto en solución:

7 ■Los ácidos fuertes se disocian completamente en disoluciones acuosas, de modo que todas sus moléculas pierden al menos un protón (H + ) que forma un ion hidronio (H 3 O + ) con la molécula de agua, mientras que los ácidos débiles sólo se disocian parcialmente. ■Los ácidos fuertes son muy pocos, sólo son siete los ácidos fuertes inorgánicos, por lo que para diferenciarlos fácilmente de los débiles se los puede memorizar; si no está en la lista, será un ácido débil. ■Los ácidos fuertes son el ácido clorhídrico (HCl), el ácido nítrico (HNO 3 ), el ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ), el ácido bromhídrico (HBr), el ácido yodhídrico (HI), el ácido perclórico (HClO 4 ) y el ácido clórico (HClO 3 ). ■El único ácido débil formado a partir de la reacción de un elemento halógeno es el ácido fluorhídrico (HF). Si bien técnicamente es un ácido débil, el ácido fluorhídrico es altamente corrosivo.

8 Ácidos débiles Los ácidos débiles no se disocian completamente en soluciones acuosas; es decir, una cierta cantidad de moléculas de reactivo permanecen con su composición original. Es el caso del ácido fluorhídrico (HF). Son mucho más los ácidos débiles que los fuertes. La mayoría de los ácidos orgánicos son débiles, con algunas excepciones como el ácido p-toluenosulfónico, que se disocia bastante, aunque no totalmente. A continuación se enumeran algunos ácidos débiles ordenados de acuerdo a su acidez en forma decreciente. ■HO 2 C 2 O 2 H – ácido oxálico ■H 2 SO 3 – ácido sulfuroso ■HSO 4 – – ion sulfato de hidrógeno ■H 3 PO 4 – ácido fosfórico ■HNO 2 – ácido nitroso ■HF – ácido fluorhídrico ■HCO 2 H – ácido metanoico ■C 6 H 5 COOH – ácido benzoico ■CH 3 COOH – ácido acético ■HCOOH – ácido fórmico Una de las características principales que se puede encontrar en la disociación de ácidos débiles, consiste en el desprendimiento por etapas de los iones H+ de de cada una de las diferentes moléculas, hasta que se logren desprender por completo todos los iones H+: AH2 AH- + H+ AH- A- + 2H+

9 ■Diferencia entre fuerte y corrosivo Es posible beber ácido acético diluido (lo que de hecho es el vinagre), pero beber la misma concentración de ácido sulfúrico produciría una tremenda quemadura química. El término corrosivo (en este caso lo es el ácido sulfúrico) se refiere al daño que genera el ácido en el material con el que entra en contacto, mientras que el ser fuerte o débil es una característica propia del ácido. Si bien los ácidos suelen ser corrosivos, algunos carboranos son ácidos muy fuertes, mucho más fuertes que el ácido sulfúrico, pero pueden tenerse en la mano sin que dañen la piel, mientras que el ácido fluorhídrico, aun siendo un ácido débil, destruiría los tejidos de la mano al mínimo contacto.

10 4.ÁCIDOS POLIPRÓTICOS Los Ácidos Polipróticos son ácidos que en una disolución acuosa donan 3 o más protones H + por cada molécula. Estos ácidos pueden ser tanto ácidos orgánicos como ácidos inorgánicos. El ácido fosfórico H 3 PO 4 es un ejemplo de ácido poliprótico ya que en disolución cada molécula dona 3 protones H + en tres etapas: 1ª Etapa: H 3 PO 4 → H + + H 2 PO 4 - 2ª Etapa: H 2 PO 4 - → H + + HPO 4 -2 3ª Etapa: HPO 4 -2 → H + + PO 4 3- Por otra parte, los Ácidos Monopróticos son aquellos que en disolución acuosa donan solo un protón (como el HCl) y los Ácidos Dipróticos a los que donan 2 protones (como el H 2 SO 4 ). Constantes de Ionización de los Ácidos Polipróticos K a1, K a2 y K a3 : Como vimos arriba, los Ácidos Polipróticos se pueden disociar en varias etapas (primera, segunda,.... ionizaciones) por lo que existirán varias constantes de ionización K a, K a2, K a3...

11 Es decir que para representar el equilibrio total de disociación se debe representar como el producto de todas las constantes de disociación de cada una de las etapas que intervienen En la disociación de todo el ácido en el medio acuoso diluido. En los ácidos Polipróticos K a1 > K a2 > K a3...

12 El mismo proceso se debe seguir para la interpretación de las bases débiles existentes en donde se desprende los iones A- de la disolución en medio acuoso. ■Metilamina, CH 3 NH 2, Kb = 5,0∙10 -4, pKb = 3,30 ■Dimetilamina (CH 3 ) 2 NH, Kb = 7,4∙10 -4, pKb = 3,13 ■Trimetilamina (CH 3 ) 3 N, Kb = 7,4∙10 -5, pKb = 4,13 ■Piridina, C 5 H 5 N, Kb = 1,5∙10 -9, pKb = 8,82 ■Anilina, C 6 H 5 NH 2, Kb = 4,2∙10 -10, pKb = 9,32 ■Bicarbonato de sodio: fórmula NaHCO. ■Benzilamina: fórmula C 7 H 9 N. ■Etilamina: fórmula C 2 H 5 NH 2. ■Hidróxido de amonio: fórmula NH 4 OH. ■Hidracina: fórmula NH 2 NH 2. ■Hidroxilamina: fórmula NH2 OH. ■Hidróxido de cobre: fórmula Cu(OH) ₂. ■Hidróxido de aluminio: fórmula Al(OH) 3. ■Hidróxido de cinc: fórmula Zn(OH) ₂. ■Hidróxido de plomo: fórmula Pb(OH) 2.