3 clase Equilibrio : acido – base débiles. Para un ácido genérico HA en disolución se produce...

3 clase

Equilibrio : acido – base débiles

Para un ácido genérico HA en disolución se produce la reacción reversible .

HA + H2O A- (ac) + H3O+

(ac)

Ka < 1, la constante de disociación o acidez del ácido vendrá dada por:

Ka = H3O+ eq A- eq

HA eq

Y la expresión del % de ionización es: si es muy débil %i < 5% % = H3O+ eq * 100 HA inicial

Si el ácido es fuerte, su tendencia a ceder

protones desplazará considerablemente el equilibrio hacia la derecha y la disociación será prácticamente total, lo que se reflejará en un valor elevado de Ka.

Sí : Ka >>> 1 Acido fuerte ()

Ka <<< 1 Acido débil ()

[A–] [H+]

[H+][A–]

[HA][HA]

Ácido fuerte

[HA]

Ácido débil

Análogamente se tendrá para una base genérica B:

B + H2O BH+ (ac) + OH- (ac)

Kb < 1 la constante de disociación o constante de basicidad será, en este caso

Kb = BH+ eq OH- eq

B eq

Y la expresión del % de ionización es: Si el % i < 5% es muy débil % = OH- eq * 100 B inicial

Si, la base es fuerte el equilibrio estará desplazado hacia la derecha y, por tanto, mayor será la fuerza de la base o su capacidad para captar protones y convertirse en BH+.

Sí : Kb >>> 1 Base fuerte ()

Kb <<< 1 Base débil ()

Ácidos débiles:Ácidos débiles: Se disocian parcialmente en agua. Muchos Se disocian parcialmente en agua. Muchos

ácidos son débilesácidos son débiles..

HCHC22HH33OO22 (aq) (aq) + H+ H22OO(l)(l) HH33OO++(aq)(aq) + C + C22HH33OO22

--(aq)(aq)

Fuerza de los ácidos y las bases


Ácidos débiles:

Acidos débilesAcidos débiles


CONSTANTES DE IONIZACIÓN DE ACIDOS

DÉBILES A 25°C

Nombre Fórmula Ka

Ácido acético CH3COOH 1,8 10-5

Ácido benzoico H(C7H5O2) 6,3 10-5

Ácido bórico H3BO3 5,9 10-10

Ácido cianhídrico HCN 4,9 10-10 + débil

Ácido fluorhídrico HF 6,8 10-4 + fuerte

Ácido fórmico HCOOH 1,7 10-4

Ácido hipocloroso HClO 3,5 10-8

Ácido nitroso HNO2 4,5 10-4

Recordemos que cuanto menor sea el valor de Ka, más

débil será el ácido.

Para valores de Ka/ [HA]i 10 -4 el valor de x es despreciable.

Muchos ácidos débiles orgánicos son compuestos

formados por C , H y O. En general, los átomos de H unidos al carbono no se ionizan en medio acuoso.

Los H ionizables están unidos al O. RCOOH

CH3CO2H + H2O CH3CO2- + H3O+

Kc= [CH3CO2H][H2O]

[CH3CO2-][H3O+]

Ka= Kc[H2O] = = 1.8x10-5

[CH3CO2H]

[CH3CO2-][H3O+]

baseacidoácido

conjugado base

conjugada

Constante de ionización de un ácidoConstante de ionización de un ácido


Grado de disociación de un ácidoGrado de disociación de un ácido


Grado de ionización =[H3O+] eq

[HA] inicial

Porcentaje de ionización Porcentaje de ionización HA + H2O H3O+ + A-

% de ionizacion =[H3O+] eq

[HA] inicial x 100%

Cálculo en disoluciones de ácidos débiles

Ejemplo.Calcular el pH, la concentración de todas las

especies y el % de ionización de una disolución que es 0.10

M en ácido acético (HAc). Ka = 1.8 x 10 -5.

CH3 COOH (ac) + H2O(l) CH3 COO- (ac) + H3O +(ac)

inicial 0,1 ----- 0 0

cambio - X ----- + X + X

equilibrio 0,1 - X ----- X X

Rta: a ) Primero debes escribir la ecc. Química que representa la reacción del ácido en agua. Luego escribe las concentraciones iniciales , en este caso del àcido, como no sabes cuanto reacciona del ácido dale una concentración de cambio de - X (por consumirse ) al ácido y de + X a los productos ya que estos se forman en la reacción, luego determina las concentraciones en el equilibrio, según la siguiente tabla: Para calcular la concentración de todas las especies:1º

Como tenemos la formación de H3O +, debemos esperar que el pH sea ácido, o sea la

[H3O+] [HO- ]

2º Reemplazando las concentraciones en la expresión de la constante de equilibrio de acidez tenemos:Ka = H3O + CH3 COO- CH3 COOH Ka = X

* X

0,1 - X como es Ka / CH3 COOH = 1,8 10-4 eso indica que es un ácido débil entonces el

porcentaje de ionización es muy bajo y el valor de X muy pequeño y por ende despreciable frente al valor de concentración inicial del ácido que es 0,1 M, entonces la X de 0,1 - X se hace cero . X = 0 y así la expresión queda reducida a:Ka = X

* X

0,1

Despejando X queda X 2 = Ka * 0,1 M _________ X = ka * 0,1 M = _______________ X = 1,8 10-5 * 0,1 M = 1,34 * 10 – 3 M

3º Con este valor ya sabemos las concentraciones de todas las especies porque de acuerdo a lo indicado en nuestra tabla tenemos que:

H3O + = X = 1,34* 10 – 3 M

CH3 COO- = X = 1,34 * 10 – 3 M CH3 COO- = 0,1 M – X = 0,1M – 1,34 * 10 – 3 M = 0,0987 M

4º Ahora de la presencia del agua y su correspondiente equilibrio se puede calcular la concentración de [HO- ] .

de : Kw = [H3O+] [HO- ]

despejando [HO- ] = Kw como Kw = 1,00 x 10-14 [H3O

+]

entonces: [HO- ] = 1,00 x 10-14 = 7,49 x 10- 12 M. 1,34 * 10 - 3

[HO- ] = 7,49 x 10- 12 M.

5º Para calcular el pH y el pOH : de H3O

+ = 1,34 * 10 – 3 M reemplazando en pH = - log[H3O+] ¸ pH = - log 1,34 * 10 – 3 ;

pH = 2,87 de [HO- ] = 7,49 x 10- 12 M reemplazando en pOH = - log [OH- ] = - log 7,49 x 10- 12 M ; pOH = 11,13ó bien se pudo obtener de : 14 = pH + pOH como se había calculado el pH al reemplazar este valor en:pOH = 14 – pH entonces pOH = 14 – 2,87 es decir pOH = 11,13

6º El porcentaje de ionización es:% = X * 100 HA inicial

O sea: % = 1,34 * 10 – 3 * 100 = 1,34 % 0,1Las respuestas son : H3O + = 1,34 * 10 – 3 M

NO2- = 1,34 * 10 – 3 M

HNO2 = 0,1 - 1,34 * 10 – 3 = 0,0986 M

[HO- ] = 1,46 x 10- 12 M.pH = 2,17 , pOH = 11,83 y finalmente el % ionización = 1,34 %

NH3 + H2O NH4+ + OH-

Kc= [NH3][H2O]

[NH4+][OH-]

Kb= Kc[H2O] = [NH3]

[NH4+][OH-]

= 1.8x10-5

base acidoacido

conjugado

base conjugada


Constante de ionización de una baseConstante de ionización de una base

Valores de KValores de Kaa y K y Kb b para ácidos y bases débiles:para ácidos y bases débiles:

- Son siempre valores menor que 1

- Un ácido con una mayor Ka es más fuerte que otro cuya Ka sea menor.

- Una base con una mayor Kb es más fuerte que otra cuya Kb sea menor.


Bases débiles:

Constantes de disociación de bases debiles

Nombre Fórmula Kb

Amoniaco NH3 1,8 * 10-5

Etilamina C 2H5NH2 6,4 * 10- 4

Dimetilamina (CH3)2 NH 5,4 * 10- 4

Anilina C6H5NH2 4,3 * 10-10

Hidracina H2NNH2 1,3 * 10- 6

Piridina C5H5N 1,7 * 10- 9

Bases débiles: Bases débiles: Se disocian parcialmente en agua. Se disocian parcialmente en agua.

NHNH3 (aq)3 (aq) + H + H22OO(l)(l) NH NH44++ (aq) (aq)+ OH+ OH--

(aq) (aq)


Cálculos en disoluciones de bases débiles

1. En la etiqueta de un blanqueador amoniacal

dice pH 11,5 de acuerdo a esta información

, calcule la Concentración de todas las especies, el

pOH y el % de ionización, una vez alcanzado el

equilibrio. Kb = 1,8 * 10-5

Rta:Siguiendo las mismas instrucciones que en la pregunta anterior obtendrás las respuestas para la pregunta .b ) Primero debes escribir la ecc. Química que representa la reacción

de la base en agua. Luego escribe las concentraciones iniciales , en este caso de la base, como no sabes cuanto reacciona de la base dale una concentración de cambio de - X (por consumirse ) a la base y de + X a los productos ya que estos se forman en la reacción, luego determina las concentraciones en el equilibrio, según la siguiente tabla:

1º Para calcular la concentración de todas las especies:

B (ac) + H2O(l) HB+ (ac) + OH - (ac) inicial M ----- 0 0

cambio - X ----- + X + X

equilibrio M - X ----- X X

Como tenemos la formación de OH -, debemos esperar que el pH sea básico, o sea la [HO- ] [H3O+]

2º Reemplazando las concentraciones en la expresión de la constante de equilibrio de basicidad tenemos: Kb = OH -

BH+ B Kb = X

* X M - X Como el pH = 11,5 entonces pOH = 14 – pH = 14 – 11,5 = 2,5 OH - = 3,16 * 10 – 3 M = x

Se despeja MM = ( x2 /Kb ) + x = ( (3,16 * 10 – 3 M )2 / 1,8 10- 5 ) + 3,16 * 10 – 3 M = 0,56 M

3º El porcentaje de ionización es:% = X * 100 en donde B inicial = concentración inicial de la base

B inicial

O sea: % = 3,16 * 10 – 3 * 100 = 0,56 % 0,56Las respuestas son :[HO- ] = 3,16 * 10 – 3 M BH+ = 3,16 * 10 – 3 M

B = 0,56 M - 3,16 * 10 – 3 M =0,557 M H3O + = 3,16 x 10- 12 M.

pH = 11,5 pOH = 2,5% ionización = 0,56 %

Relación entre Ka y Kb

NH4+ + H2O NH3 + H3O+

baseacido

CH3CO2- + H2O CH3CO2H + OH-

base acido

[NH3] [H3O+] [OH-] Ka=

[NH4+] [OH-]

[NH3] [H3O+] Ka=

[NH4+]

= ?

=KW

Kb

= 1.0x10-14

1.8x10-5

= 5.6x10-10

Ka Kb = Kw


H3PO4 + H2O H3O+ + H2PO4-

H2PO4- + H2O H3O+ + HPO4

2-

HPO42- + H2O H3O+ + PO4

3-

Ácido fosfórico: Un ácido triprótico.

Ka = 7.1x10-3

Ka = 6.3x10-8

Ka = 4.2x10-13


Ácidos polipróticos

H2SO4 + H2O H3O+ + HSO4-

HSO4- + H2O H3O+ + SO4

2-

Ka = muy grande

Ka = 1.96

Ácido sulfúrico: Un ácido diprótico.

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