03 Acido Base2009

Ismael Yévenes L. TEORIAS ACIDO-BASE. I. TEORIA DE ARRHENIUS a.- Disociación iónica de ácidos : protones HCl H + + Cl - CH 3 COOH H + + CH 3 COO - b.- Fuerza de ácido :  grado de disociación

Ismael Yévenes L. a.- Disociación iónica de bases : iones hidroxilo NaOH Na + + OH - Ca (OH) 2 Ca +2 + 2OH - b.- Fuerza de base :  grado de disociación Problemas de teoría de Arrhenius Protones libres Bases que no disocian OH - : NH 3 ; HCO 3 -

Ismael Yévenes L. II. TEORIA DE BRONSTED-LOWRY Acido : Liberación protones hidratados H 3 O + Base :Captación protones hidratados H 3 O + HCl + H 2 O H 3 O + + Cl - CH 3 COOH + H 2 O H 3 O + + CH 3 COO - NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH - CO 3 2- + H 2 O HCO 3 -

Ismael Yévenes L. PARES ACIDO-BASE CONJUGADOS CH 3 COOH + H 2 O H 3 O + + CH 3 COO - ácido 1 base 2 ácido 2 base 1 conjugado conjugada CH 3 COOH CH 3 COO - H 2 O H 3 O + ácido 1 + base 2 ácido 2 + base 1 conjugado conjugada 1.-

Ismael Yévenes L. NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH - base 1 ácido 2 ácido 1 base 2 conjugado conjugada NH 3 NH 4 + H 2 O H 3 O + base 1 + ácido 2 ácido 1 + base 2 conjugado conjugada 2.-

Ismael Yévenes L. CARÁCTER ANFOTERO DEL AGUA CH 3 COOH + H 2 O H 3 O + + CH 3 COO - ACIDO NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH - BASICO

Ismael Yévenes L. CLASIFICACION DE ACIDOS Y BASES FUERTE: Disociación total, electrolito fuerte, K>1 DEBIL: Disociación parcial, electrolito débil, K<1 FUERZA: Proporcional al grado de disociación

Ismael Yévenes L. III. TEORIA DE LEWIS Acido : Capta pares de electrones Base : Cede pares de electrones HCl + H 2 O H 3 O + + Cl - NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH - BF 3 + F - BF 4 Ag + + 2CN - Ag (CN) 2 -

Ismael Yévenes L. DEFINICION DE Ka y Kb Las reacciones ácido-base implican transferencia de protones en medio acuoso :Bronsted y Lowry CH 3 COOH + H 2 O H 3 O + (ac) + CH 3 COO - (ac) [H 3 O + ] [CH 3 COO - ] K = [CH 3 COOH] [H 2 O] [H 2 O] =cte [H 3 O + ] [CH 3 COO - ] Ka = [CH 3 COOH] Ka

Ismael Yévenes L. En general HA + H 2 O H 3 O + (ac) + A - (ac) [H 3 O + ] [A - ] Ka = [HA] NH 3 + H 2 O NH 4 + (ac) + OH - (ac) [NH 4 + ] [OH - ] K = [NH 3 ] [H 2 O] [H 2 O] =cte [NH 4 + ] [OH - ] Kb = [NH 3 ] Kb

Ismael Yévenes L. En general B + H 2 O BH + (ac) + OH - (ac) [BH + ] [OH - ] Ka = [B] AUTOIONIZACION DEL AGUA H 2 O + H 2 O H 3 O + (ac) + OH - (ac) [H 3 O + ] [OH - ] Kw = [H 2 O] 2 [H 2 O] =cte Kw = [H 3 O + ] [OH - ] = 1 . 10 -14 Kw : Producto iónico del agua Solución neutra [H 3 O + ] = [OH - ] = 1 . 10 -7 M

Ismael Yévenes L. Concepto de pH y pOH p: operador matemático = - log pX = - log X pH = - log [H 3 O + ] pOH = - log [OH - ] pKa = - log Ka pK = - log K pKb = - log Kb pKw = - log Kw Para el agua Kw = [H 3 O + ] [OH - ] /.p - log Kw = - log [H 3 O + ] [OH - ] - log Kw = - log [H 3 O + ] [OH - ] - log Kw = - log [H 3 O + ] + - log [OH - ] - log 10 -14 = - log [H 3 O + ] + - log [OH - ] 14 = pH + pOH

Ismael Yévenes L. ESCALA DE pH y pOH pH [H 3 O + ] pOH [OH - ] 14 10 -14 0 10 0 7 10 -7 7 10 -7 B a s i c o neutro A c i d o 0 10 0 14 10 -14

Ismael Yévenes L. CALCULO DE pH y pOH Acido Fuerte: HA + H 2 O H 3 O + (ac) + A - (ac) Acido totalmente disociado K: INDETERMINADO pH = - log [H 3 O + ] = - log [HA] Base Fuerte: B + H 2 O BH + (ac) + OH - (ac) pOH = - log [OH - ] = - log [B]

Ismael Yévenes L. Acido débil: HA + H 2 O H 3 O + (ac) + A - (ac) [H 3 O + ] [A - ] Ka = / - log [HA] - log Ka + -log [ HA] = -log [H 3 O + ] [ A - ] pero : [H 3 O + ] = [ A - ] luego: - log Ka + -log [ HA] = -log [H 3 O + ] 2 = 2 pH pH = 1/2 p Ka - 1/2 log [HA]

Ismael Yévenes L. Base débil: B + H 2 O BH + (ac) + OH - (ac) [BH + ] [OH - - ] Kb = / - log [B] pero : [BH + ] = [ OH - ] luego: - log Kb + -log [ B] = -log [ OH 2 = 2 pOH pOH = 1/2 p Kb - 1/2 log [B]

Ismael Yévenes L. ACIDOS POLIPROTIDOS: Poseen mas de un átomo de hidro- geno disociable. Ej. Acido sulfuroso, H 2 SO 3 H 2 SO 3(ac) H + (ac) + H 2 SO 3 - (ac) K a1 = 1.7 x 10 -2 HSO 3 - (ac) H + (ac) + SO 3 -2 (ac) K a2 = 6.4 x 10 -8 CONSTANTES DE DISOCIACION: Se conocen como K a1 y K a2 donde el subíndice numérico indica el protón especifico que se disocia. CUAL CONSTANTE ES MAYOR: Para el acido sulfuroso la primera constante es mucho mayor.

Ismael Yévenes L. CUANTO MAYOR ES K a1 QUE K a2 : Haciendo un sencillo calculo y considerando solo los exponentes 10 -2 /10 -8 = 10 6, esto significa que el primer protón es un millón de veces mas acido que el segundo protón PORQUE K a1 ES MAYOR QUE K a2: Las interacciones electrostáticas son mayores entre el protón y un anion que entre un H+ y una molécula sin carga NORMA: Siempre es mas fácil extraer el primer protón de un acido poliprotido que el segundo. ANALOGIA: Para un acido con tres protones, será mas fácil extraer el segundo protón que el tercero. Para un acido del tipo HnX, el protón n-1, será mas fácil de extraer que n.

Ismael Yévenes L. pH Ca (OH) 2 SATURADO O LECHADA DE CAL Solubilidad Ca (OH) 2 = 1,58 g/L Molaridad Ca (OH) 2 = 1,58 / 74 = 0,021 M Ca (OH) 2 Ca 2+ + 2OH - 0,021 moles 0,021 2 . 0,021 moles pOH = - log (2 . 0,021) = 1,38 pH = 12,62

Ismael Yévenes L. pH ACIDO FOSFORICO 50% P/V H 3 PO 4 50% P/V = 500 g H 3 PO 4 / L M = 500 / 98 = 5,1 M H 3 PO 4 + H 2 O H 3 O + + H 2 PO 4 - pKa1 = 2,12 H 2 PO 4 - + H 2 O H 3 O + + HPO 4 2- pKa2 = 7,21 HPO 4 2- + H 2 O H 3 O + + PO 4 3- pKa3 = 12,32

Ismael Yévenes L. pH = - log [H 3 O + ] [H 3 O + ] [H 2 PO 4 - ] Ka1 = [H 3 PO 4 ] pH = 1/2 p Ka1 - 1/2 log [H 3 PO 4 ] pH = 1/2 2,12 - 1/2 log 5,1 pH = 0,6

Ismael Yévenes L. SOLUCIONES BUFFER Definición: Solución reguladora de pH Composición: Acido débil mas sal base conjugada Base débil mas sal ácido conjugado Porque ácido o base débil: Por la capacidad de la sal del ácido (base) de aceptar (ceder) protones.

Ismael Yévenes L. CH 3 COOH + H 2 O H 3 O + (ac) + CH 3 COO - (ac) 1.- Presencia de CH 3 COO - inhibe la disociación del ácido. Principio de Le Chatelier. 2.- Ion CH 3 COO - es un aceptor de protones. 3.- CH 3 COOH es un dador de protones. a.- Composición del buffer: CH 3 COOH + CH 3 COONa Acido Base

Ismael Yévenes L. b.- NH 4 OH (ac) NH 4 + (ac) + OH - (ac) 1.- Presencia de NH 4 + inhibe la disociación de la base. Principio de Le Chatelier. 2.- Ion NH 4 + es un dador de protones NH 4 + (ac) + H 2 O NH 3 (ac) + H 3 O + (ac) 3.- NH 4 OH es un aceptor de protones NH 4 OH (ac) + H + NH 4 + (ac) + H 2 O (ac) Composición del buffer: NH 4 OH + NH 4 Cl Base Acido

Ismael Yévenes L. Sistema tampón ácido: [ HA] : Acido débil [ NaA] :Sal sódica del ácido débil HA (ac) H + (ac) + A - (ac) NaA (ac) Na + (ac) + A - (ac) [H + ] [A - ] Ka = [HA] [A - ] = [Acido] + [sal] [A - ] = [H + ]

Ismael Yévenes L. [H + ] [A - ] Ka = [HA] [A - ] = [Acido] + [sal] [A - ] = [H + ] Ka [HA] [H + ] = / -log [A - ] [A - ] pH = pKa + log [HA] Luego: [Sal - ] pH = pKa + log [Acido] En general: Ecuación de Henderson-Hasselbach

Ismael Yévenes L. Sistema tampón básico: BOH : base débil BCl : sal de base débil (cloruro) BOH (ac) B + (ac) + OH - (ac) BCl (ac) B + (ac) + Cl - (ac) [B + ] [OH - ] Kb = [BOH] [B + ] = [Base] + [sal] [B + ] = [OH - ]

Ismael Yévenes L. [B + ] Kb [OH - ] = / log [BOH] [B + ] pOH = pKb + log [BOH] Luego: [Sal] pOH = pKb + log [Base] En general: Ecuación de Henderson-Hasselbach

Ismael Yévenes L. Rango de actividad de los buffers: Acido 1 10 Razón [Sal] / [Acido] = y 10 1 10 pH = pKa + log = pKa + 1 1 1 pH = pKa + log = pKa - 1 10 pH = pKa + 1

Ismael Yévenes L. Base 1 10 Razón [Sal] / [Base] = y 10 1 pOH = pKb + 1 Concentración de los buffers: [Buffer ácido] = [Sal] + [Acido] [Buffer basico] = [Sal] + [Base]

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