Qumica Mg.Helda C. Del Castillo C. 2012 ACIDOS YBASES FILIAL NORTE Soluciones cidas y bases. Amortiguadores Concepto segn Arrhenius, Bronsted-Lowry y Lewis. Soluciones amortiguadoras: Fosfato, y bicarbonato. Fuente bibliogrfica_ Contenidos 1. Equilibrio qumico.2. Ionizacin 3 4. pH- Definicin de cidos y bases 5. Ejercicios Equilibrio qumico Cuando se alcanza el equilibrio a una determinada temperatura, se comprueba de forma experimental que : Hay una relacin constante entre las concentraciones de los productos y de los reactivos. Esta relacin es la constante de equilibrio. Constante de EquilibrioPara cualquier reaccin, el valor de Kc: Slo vara con la temperatura Siempre es constante a una temperatura dada Es independiente de las concentraciones iniciales Coef. Estequiom. Concentracin molarElectrolitos Electrolitos dbiles y fuertes Ideas Generales sobre cidos Tienen sabor agrio. Cambian a rojo, el color del papel de tornasol azul. Reaccionan con los metales activos: 2HCl(ac) + Mg(s) MgCl2(ac) + H2(g) Reaccionan con los carbonatos y bicarbonatos, para producir dixido de carbono gaseoso: HCl(ac) + NaHCO3(s) NaCl(ac) + H2O(l) + CO2(g) Neutralizan a las bases Ideas Generales sobre Bases Tienen sabor amargo. Son untuosas al tacto. Cambian a azul, el color del papel de tornasol rojo. Neutralizan a los cidos HCl(ac) + NaOH(ac) NaCl(ac) + H2O(l)

Definiciones de cidos y Bases Definicin de Arrhenius (1884) cido:Es la sustancia que en solucin acuosa, se disocia en sus iones, liberando iones H+. HCl(ac) H+(ac) + Cl-(ac) CH3COOH(ac) H+(ac) + CH3COO-(ac) Base:Es la sustancia que al disolverse en agua, se disocia en sus iones, liberando iones (OH)-. NaOH(ac) Na+(ac) +OH-(ac) Limitaciones: * Sustancias con propiedades bsicas que no contienen iones hidroxilo (p.ej.: NH3 lquido) * Se limita a disoluciones acuosas. cido: Especie que tiene tendencia a ceder un H+ Base: Especie que tiene tendencia a aceptar un H+ CH3COOH (ac) + H2O (l) H3O+ (ac) + CH3COO (ac) cidobasebasecido Transferencia protnica NH3 (ac) + H2O (l) NH4+ (ac) + OH (ac) * Ya no se limita a disoluciones acuosas * Se explica el comportamiento bsico de, p.ej., NH3 Ventajas Par cido-base conjugado Sustancia anftera (puede actuar como cido o como base) Bronsted-Lowry (1923) cido: Especie que puede aceptar pares de electrones Base: Especie que puede ceder pares de electrones Para que una sustancia acepte un H+ debe poseer un par de electrones no compartidos. Lewis (1923) H+ +:N H H H NH H H H + Sustancias Anfteras o Anfiprticas ACIDO1+BASE2 AC. CONJUGADO2 + BASE CONJUGADA1 H2PO4+H2OH3O++HPO42 H3O++H2PO4H3PO4 +H2O LateoradeBronsted-Lowrypermitejustificarporqu muchas sustancias pueden actuar a veces como cidos y otrascomobases,aestetipodesustanciasseles denomina anfteras. cidos Poliproticos Sonsustanciasquepuedencedermasdeun protn.Algunosejemplosmuycaractersticos son el H2SO4, H3PO4,etc. Lo importante es que: Los protones no se ceden todos a la vez, sino en sucesivasetapascadaunadelascualesviene caracterizada por un proceso de equilibrio. Lassucesivascesionessoncadavezmas difciles. cidos Poliproticos Muchos cidos tienen mas de una atomo de H ionizable. Estos cidos se conocen como cidos poliproticos. Ejemplo: H2SO3 (ac) + H2O (l) H3O+ (ac)+ HSO3- (ac) HSO3- (ac) + H2O (l)H3O+ (ac)+ SO32- (ac) Acidos fuertes Son los compuestos que se disocian completamenter en solucin acuosa, dando a la solucin gran capacidad de conduccin elctrica.El cido clorhdrico es uncido fuertey un electrolito fuerte. cido clorhdrico +HCl H Cl+ 29/05/2012 22

Soncidosfuerteslamayoradeloscidos inorgnicos. HNO3 ac+ H20H3 O+ ac + NO-3ac HClO4 ac +H20 H3 O+ ac+ CLO-4 ac H2SO4 ac +H20 H3 O+ ac+ HSO-4 ac cidos fuertes Acidos dbiles Los cidos dbiles son aquellos que se disocian slo en parte, y por consiguiente, conducen la corriente elctrica en poca cantidad, es decir son electroloitos dbiles. El cido carbnico es un cido dbil;puesto que en solucin acuosa sus molculas se disocian en escaso porcentaje, de acuerdo con la siguiente ecuacin: cido carbnico bica2 3rbonat3o +HCO H HCO+ El cido actico es un cido dbil: CH3-COOH +H2OCH3-COO- + H3O+ Son tambin cidos dbiles los cidos orgnicos,(carboxlicos). cidos Dbiles Los cidos dbiles se ionizan solo parcialmente en solucin acuosa, establecindose un equilibrio. Si representamos un acido dbil general como HA, podemos escribir la ecuacin de ionizacion de la forma siguiente: Ej:HA+ H2O H3O+(ac) +A-

InicioC00 0 Reaccionaxxx Equilibrio C0 - xx x Puedindose escribir la expresin de la constante de equilibrio en soluciones acuosas como: [H3O+][A-] Ka = [HA] Bases Fuertes Las bases fuertes solubles mas comunes son los hidrxidos inicos de los metales de los grupos IA y grupo IIA. Estos compuestos se disocian por completo en iones en solucin acuosa. Ejemplo: NaOH, KOH, Ca(OH)2 29/05/201227 Esunasustanciacapazdeaceptarprotones. H+ +-OHH2O Los hidrxidos de metales alcalinos no son base de Bronsted, ya que son incapaces de aceptar protones.Pero,elionhidroxilo(-OH),queseformacuandoseionizan,esuna base de Bronsted porque puede aceptar un protn. Bases fuertes Son electrolitos fuertes que se ionizan completamente en el agua. NaOH s + H2ONa+ac + 2 -OH ac KOH s + H2OK+ ac + 2 -OH ac Base29/05/201228 Son electrolitos dbiles. El amoniaco es una base dbil, ya que una pequea fraccin de la molcula disuelta, reacciona con el agua para formar iones amonio e hidroxilos: NH3 ac + H2ONH+4 ac+-OHac Bases dbiles Bases Dbiles Muchas sustancias se comportan como bases dbilesy se disocian parcialmente establecindose un equilibrio.SeaBlabasedbil,podemosescribirla ecuacin de ionizacion de la forma siguiente: Ej:B+ H2O HB+(ac) + OH-

Inicio C0 00 Reacciona xxx EquilibrioC0 - xxx Puedindose escribir la constante de disociacin bsica de la forma siguiente: [HB+][OH-] Kb = [B] 29/05/201230 Se define como un cido y su base conjugada o como una base y su cido conjugado. cido y su base conjugadaEl cido actico es soluble en agua en todas proporciones. Utilizando la teora de Bronsted y Lowry, se demuestra quees un cido dbil y forma pares conjugados. CH3-COOH +H2O CH3-COO-+ H3 O+ cido dbil base base conjugada cido conjugado del cido dbil Base y su cido conjugado NH3+H2O NH+4+ -OH Base cido cido conjugado baseconjugada de la base dbilPares conjugados cido-base 29/05/201231 Constante de equilibrio del agua Elaguapuedecomportarsecomocidoo comobase(lcali,hidrxido)dependiendo de la sustancia con la que reaccione. H2OH+ +-OH H2O + H2O H3O+ + -OH O H H+O H HO H HHOH - + [] + Propiedades cido-base del agua H2O (l) H+ (ac) + OH- (ac) H2O + H2O H3O+ + OH- cido base conjugada base cido conjugado autoionizacin del agua Producto inico del agua El agua es un electrolito dbil, o sea que se disocia en escasa proporcin.El proceso de disociacin se presenta mediante la reaccin reversible: ecuacin 1 H2O (l) H+ (ac) + OH- (ac) El equilibrio de disociacin del agua esta muy desplazado hacia la izquierda, es decir, la concentracin de los iones en el agua pura es mnima. A partir de la ecuacin 1 se puede deducir la expresin correspondiente a la constante de equilibrio para la disociacin del agua: | |2eqH OHKHO+ (( =ecuacin 2 Su constante de equilibrio es: Ke = [H3O+] [-OH] [H2O]2

Simultiplicamos el denominador por Ke: De donde Ke [H2O]2 = Kw(producto inico del agua) Kw = [H3O+][OH-] Valor del producto inico Experimentalmente se ha determinado que a 25o C: Kw= [H3O+][OH-] = 1 x 10-14 De aqu se deduce que: ( )( )1471.0 101.0 10 /eqK x xH OHxx mol litro+ = = ((= = Kw

Ejemplo 1: Cul es el valor de OH- si el valor de [H+] = 1.5 x 10 -4 ? 111441.0 101.5 106.6 10 / x mol lxxt H i ro O ( = = Ejemplo 2: Cul es la concentracin de [H+] si [OH-] = 2.0 x 10-5 ? 110451.0 102.0 105.0 10 /xH x mol litoxr+ ( = = Concepto de pH Como manejar las concentraciones de [H+] o de [OH-] con cifras muy pequeas y exponentes negativos resulta poco prctico, se han sustituido estos valores por el logaritmo decimal inverso de la concentracin de iones H+, llamado pH, as: ( )1log log pH HH++= = ( Si la concentracin de H+ es 1.0x10-7 moles/litro, se obtendr que: Como la escala de pH es logartmica, la variacin de una unidad de pH corresponde a una variacin 10 veces mayor de la concentracin de iones H+. ( )771log log 1.0 101.0 107 pH xx= = =Escala de pH Para medir el pH se pueden utilizar algunas sustancias (indicadores cido-base) que son sensibles a la concentracin de iones hidrgeno. Estas sustancias dependiendo de la acidez o basicidad del medio, cambian de color a valores de pH especficos. [H+]pHEjemplo cidos 1 X 1000HCl 1 x 10-11Jugo gstrico1 x 10-22Jugo de limn 1 x 10-33Vinagre 1 x 10-44Agua gaseosa 1 x 10-55Agua de lluvia 1 x 10-66Leche Neutral1 x 10-77Agua puraBases 1 x 10-88Claras de huevo 1 x 10-99Levadura 1 x 10-1010Leche de magnesia 1 x 10-1111Amonaco 1 x 10-1212Hidrxido de calcio - Ca(OH)2 1 x 10-1313Limpiador de drenajes 1 x 10-1414NaOH Lquidos biolgicos pH Sangre venosa Sangre arterial 7,35 7,45 Saliva 6,0-7,0 Saliva (pacientes con cncer)4,5-5,7 Orina 6,0-8,0 Lagrima 7,5 pH de los lquidos del ser humano Lquidos biolgicos pH Duodeno (Luz)3 Duodeno (superficie de vellosidades)5,5 Yeyuno (luz)6-7 Jugo gstrico1,5-2,0 Lagrima 7,5 Sudor humano5,5 Lquido amnitico7,0-7,5 Semen 7,2-8,0 Vmito 3,8 Medidor de pH Concepto de pOH Una escala semejante a la del pH se puede construir considerando para el clculo la concentracin del ion OH-. Esta nueva escala se define como pOH y es igual a: ( )1log log pOH OHOH= = ( Los clculos son tambin similares.As, para una solucin que contiene 1.0 x 10-3 mol/litro de iones OH- su pOH ser: La suma del pH y del pOH es igual a 14 ( )331log log 1.0 1.0 103 01pOH xx= = =1411 14 3pH pOHpH+ == =A mayor H+menor pH A menor H+mayor pH La concentracin debe estar expresada en Molaridad El pH esauna medida de la acidez 29/05/201251 Determinacin del pH de bases fuertes Frmula: pOH = - log [OH] ypH = 14 - pOH Frmula: pH = - log [H+] Determinacin del pH de cidos fuertes 29/05/201252 Determinacin del pH de cidos dbiles Entreloscidosdbilesquetienenrelacin conlamedicinatenemos:cidosorgnicos, cidoactico,cidopirvico,cidofnico, cido carbnico y frmacos cidos dbiles. Frmula: pH = 1 pKa 1 log [M] 2 2 Donde M es la concentracin molar del cido 29/05/201253 Determinacin del pH de bases dbiles Frmula: pH = pKw 1 pKb + 1 log [M]22 Donde el pKw = 14Donde M es la concentracin molar de la base EJERCICIOS Cul es la concentracin de los iones : OH- en una disolucinde HCl cuya concentracin de ion hidrgeno es 1.3 M? Kw = [H+][OH-] = 1.0 x 10-14 [H+] = 1.3 M [OH-] = Kw [H+] 1 x 10-14 1.3 == 7.7 x 10-15 M Problemas Calcule el pH de las siguientes soluciones: 1.-[H+] = 1.25 x 10-3 mol/lLt pH =-log [H+] = 2.9 Problema 2: [OH-] = 3.5 x 10-10 mol/Lt ( )10101log log 3.5 103.5 10149.46149.4 4 6 9. 6pOH xxpH pOHpH= = =+ == =4.54 Problema 3: pOH = 1.2 14 1.2 12.8 pH = =Problema 4: HCl 0.05 M ( )1log log 0.050.051.3 pH = = =Problema 5: NaOH 0.01 M ( )1log log 0.010.02114 2 2 1pOHpOH= = == =pH 6.-Cul es el pH de una disolucin 2 x 10-3 M HNO3? HNO3 es un cido fuerte:100% disociacin . pH = -log [H+] = -log [H3O+] = -log(0.002) = 2.7 7.-Cul es el pH de una disolucin 1.8 x 10-2 M Ba(OH)2? Ba(OH)2 es un base fuerte:100% disociacin. Ba(OH)2 (s) Ba2+ (ac) + 2OH- (ac) Inicial Final 0.018 M 0.018 M0.036 M0.0 M 0.0 M0.0 M pH = 14.00 pOH = 14.00 + log(0.036) = 12.56 Cul es el pH de una disolucin 0.5 M HF (a 250C)? HF (ac)H+ (ac) + F- (ac) Ka = [H+][F-] [HF] = 7.1 x 10-4 HF (ac)H+ (ac) + F- (ac) Inicial (M) Cambio (M) Equilibrio (M) 0.500.00 -x+x 0.50 - x 0.00 +x xx Ka = x2 0.50 - x = 7.1 x 10-4 Ka ~ x2 0.50 = 7.1 x 10-4 0.50 x ~ 0.50Ka