Upload
alonsogonzales
View
222
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Química (acidos y bases)
Citation preview
J. Guilln
REACCIONES
DE
TRANSFERENCIA DE PROTONES
J. Guilln
TEORA DE ARRHENIUS
CIDO: sustancia que en disolucin acuosa, se disocia dando iones hidrgeno H+
)()(2 aqHaqAHA OH + + BASE: sustancia que en disolucin acuosa, se disocia dando iones
hidrxido OH-
)()(2 aqOHaqBBOH OH + +REACCIN CIDO-BASE (NEUTRALIZACIN):
)()()( 2 lOHaqOHaqH + +
J. Guilln
LIMITACIONES DE LA TEORA DE ARRHENIUS
SLO APLICABLE A DISOLUCIONES ACUOSAS
XIDOS: CO2, SO2, SO3; SALES: FeCl3, SnCl4 etc no tienen H, intercambiables y sus disoluciones acuosas son cidas.
AMONACO, AMINAS, XIODOS METLICOS, CARBONATOS, HIDROGENOCARBONATOS, no tienen OH-; disueltos en agua, tienen propiedades bsicas.
LOS IONES H+ DEBIDO A SU CARGA Y SU PEQUEO TAMAO, NO PUEDEN EXISTIR LIBRES EN DISOLUCIN ACUOSA, UNINDOSE AL AGUA FORMANDO IONES OXONIO (HIDRONIO) H3O+
J. Guilln
TEORA DE BRNSTED-LOWRY
CIDO: especie qumica (molecular o inica) que cede protones. BASE: especie qumica (molecular o inica) que acepta protones
La teora de Brnsted-Lowry contempla la teora de Arrheniuscomo un caso particular:
+ ++ OHaqCllOHaqHCl 32 )()()(12
)()()()()()()(
22 aqOHlOHlOHaqOHaqOHaqNaaqNaOH
+
+++
El OH- es el que manifiesta el comportamiento bsico (en las bases fuertes)
J. Guilln
TEORA DE BRNSTED-LOWRY
La reaccin cido/base consiste en la transferencia de un protn:
BHA + ' + + BHAcido 1 + Base 2 ' Base 1 + cido 2
2 2/cido base conjugadopar /1 ecido1/bas conjugadopar /
+
BHBAHA
Un par conjugado, lo constituyen un cido y su base conjugada o bien una base y su cido conjugado
J. Guilln
La teora de Bronsted y Lowry engloba a todos los compuestos que consideraba la teora de Arrhenius.
cidos BasesMoleculares HClO4, HNO3; HCl, H2SO4; H3PO4; H2CO3;
H2S; H2O; etc
H2O; NH3; N2H4; RNH2; R2NH; ArNH2(R = alquilo; Ar = arilo)
Catinicos NH4+; H3O+; Al3+ etc) [M(ac)OH](n+1)+
Aninicos HSO4-; HS-; HCO3-; H2PO4-F-; Cl-; Br-; I-; SO42-; OH-
sta teora permite aplicar los conceptos de cido y base a disoluciones en los que el disolvente no es agua; por ejemplo:
HClO + NH3 ' ClO- + NH4+cido1 Base2 Base1 cido2
J. Guilln
TEORA DE BRNSTED-LOWRY (continuacin)
Esta visin del concepto de cido y de base tiene las siguientes ventajas:
La accin cida o bsica de una sustancia no es una propiedad caracterstica de ella, depende de las sustancias con las que reacciona.
HCl + H2O ' Cl- + H3O+cido1 Base2 Base1 cido2
NH3 + H2O ' NH4+ + OHBase1 cido2 cido1 Base2
Las definiciones de cido y base son independientes del tipo de disolvente utilizado.
Se ampla el concepto de bases a sustancias que no son hidrxidos. El in carbonato acta como base, pues en disolucin acuosa acepta un
protn:CO32 + H2O ' HCO3 + OH
J. Guilln
TEORA DE LEWIS
CIDO: especie (tomo, in o molcula) que es un aceptor de pares de electrones.
BASE: especie que es un dador de pares de electrones.
Una reaccin de neutralizacin entre un cido de Lewis (A) y una base de Lewis (B:) conduce a la formacin de un enlace covalente coordinado entre ellos.
AlCl3 + :NH3 Cl3Al:NH3 Cl H Cl H I I I ICl Al + N H Cl Al N H I I I I
: Cl H Cl H
J. Guilln
Sntesis comparativa de las teoras cido-base
Teora Concepto de cido
Concepto de base
Reaccin cido-base Limitaciones
Arrhenius Libera H+ Libera OH- Formacin de aguaH+ + OH- H2O
Disoluciones acuosas
Brnsted-Lowry
Dona H+ Capta H+ Transferencia de protnHA + B HB+ + A-
Slo intercambio
de H+
Lewis Capta par de electrones
Cede par de electrones
Formacin de un enlace covalente coordinado
A + :B A:BTeora general
J. Guilln
AUTOIONIZACIN DEL AGUA
H2O (l) + H2O (l) ' H3O+ (ac) + OH- (ac)
[ ][ ][ ]22
-3 OH
OHOHKC
+=
KW = K. [H2O]2 = [H3O+][OH-]
KW = [H3O+][OH-]Esta KW se denomina producto inico del agua, su valor a 25 C es 10-14,
tanto en el agua pura como en disoluciones acuosas diluidas. A otras temperaturas, el producto inico del agua vara entre 10-13 y 10-15, como puede apreciarse en la tabla siguiente:
J. Guilln
KW = f (T)
Valores de Kw a distintas temperaturasTemperatura
(C)0 10 25 45 60
Kw 1,13.10-15 2,92.10-15 1,00.10-14 4,02.10-14 9,61.10-14
[H3O+] < 10-7 M[OH-] > 10-7 M
[H3O+] < [OH-]Disolucin bsica
[H3O+] > 10-7 M[OH-] < 10-7 M
[H3O+] >[OH-]Disolucin cida
[H3O+] = [OH-] = 10-7 M[H3O+] = [OH-]Disolucin neutra
A 25 CA cualquier temperatura
J. Guilln
NOTACIN pH
pH = - log [H3O+]
pOH = -log [OH-] pKw = - log Kw
[H3O+ ] [OH-] = Kw pH + pOH = pKw
A 25 C pH
Disolucin neutra [H3O+] = [OH-] = 10-7 M pH = 7
Disolucin cida [H3O+] > 10-7 M[OH-] < 10-7 M
pH < 7
Disolucin bsica [H3O+] < 10-7 M[OH-] > 10-7 M
pH > 7
J. Guilln
DISOLUCIONES ACUOSAS
[H3O+] > [OH-] [H3O+] = [OH-] [H3O+] < [OH-]
+ CIDO + BASE
pH < 7 pH = 7 pH > 7
AGUA PURA
NEUTRAAGUA PURA
NEUTRA
DISOLUCIN
CIDADISOLUCIN
CIDA
DISOLUCIN
BSICADISOLUCIN
BSICA
[H3O+][OH-] = 10-14[H3O+][OH-] = 10-14
J. Guilln
ESCALA pH
pH 0 7 14
[H3O+]100 10-7 10-14
[OH-] 10-14 10-7 100
pOH 14 7 0
J. Guilln
FUERZA RELATIVA DE CIDOS Y BASES EN MEDIO ACUOSO
ACIDO FUERTE: totalmente disociado
HA + H2O A- + H3O+[INICIAL] [HA]o 0 0
[EQUILIBRIO] ~0 [A-] = [HA]o [H3O+] = [HA]o
BASE FUERTE: totalmente disociada
B + H2O BH+ + OH-
[INICIAL] [B]o 0 0[EQUILIBRIO] ~0 [BH+ ] = [B]o [OH- ] = [B]o
J. Guilln
(Continuacin)
ACIDO DBIL: parcialmente disociado
HA + H2O ' A- + H3O+[INICIAL] [HA]o 0 0
[EQUILIBRIO] [HA]o x [A-] = x [H3O+] = x[ ] [ ][ ] [ ]OHHA
OHAKC2
3
=
+ [ ] [ ][ ]HA
OHAKa+ = 3
BASE DBIL: parcialmente disociada
B + H2O BH+ + OH-[INICIAL] [B]o 0 0[EQUILIBRIO] [B]o x [BH+ ] = x [OH- ] = x[ ] [ ]
[ ]BOHHBKb
+ =[ ] [ ][ ] [ ]OHB OHHBKC 2=+
J. Guilln
KA de H3O+ y H2O
Constante de disociacin Ka o Kb
cido o Base
K > 55,5 Fuertes
55,5 > k > 10-410-4 > k > 10-10
10-10 > k > 1,8 . 10-16
ModeradosDbiles
Muy dbiles
1,8 . 10-16 > k Extraordinariamente dbiles
H3O+ + H2O ' H2O + H3O+ [ ] [ ][ ] [ ] 5,5523 32 === +
+OH
OHOHOHK
H2O + H2O ' H3O+ + OH-[ ] [ ]
[ ] 1614
2
3 108,15,55
10 +
===OH
OHOHK
J. Guilln
RELACIN ENTRE KA Y KB DE UN PAR CONJUGADO
[ ] [ ][ ]HA
OHAKA+ = 3HA + H2O ' A- + H3O+
[ ] [ ][ ]=
AOHHAKBA- + H2O ' HA + OH-
[ ] [ ][ ]
[ ] [ ][ ] [ ] [ ]++
== OHOHAOHHA
HAOHAKK BA 33
ATENCIN!!
KA KB = 10-14
J. Guilln
FUERZA RELATIVA DE PARES CONJUGADOS CIDO-BASE
Fuerza relativa de pares conjugados cido-base
Ka
Muy grande
CIDOcidos fuertes: ionizados al 100%
HA + H2O A- + H3O+HClO4
BASE CONJUGADABases muy dbiles:Fuerza bsica despreciable en el H2O.
ClO4-
55,5 H3O+ H3O+ + H2O ' H2O + H3O+ H2O1,2 . 10-26,8 . 10-45,1 . 10-41,8 . 10-55,9 . 10-10
HSO4-HF
HNO2CH3COOH
NH4+
cidos dbiles:Equilibrio entre las molculas no
ionizadas, los iones H3O+ y la base conjugada.
Bases dbiles:Equilibrio entre las molculas no
ionizadas, los iones OH- y el
cido conjugado.
SO42-F-
NO2-CH3COO-
NH3
1.8 . 10-16 H2O H2O + H2O ' H3O+ + OH- OH-
Muy pequea
cidos muy dbiles:Fuerza cida despreciable en el H2O
Bases fuertes:Reaccionan con agua, dando concentraciones altas de OH-
B + H2O BH+ + OH-
HA + H2O ' A- + H3O+ A- + H2O ' HA +OH-
J. Guilln
EMPLEO DE LA TABLA DE FUERZAS RELATIVAS ACIDO-BASE
cido 1 + Base 2 ' Base 1 + cido 2
Si el equilibrio est desplazado 12
1 >A
A
KK
Si el equilibrio est desplazado 12
1 7
cido fuerte y base dbil NH4Cl, NH4NO3, NH4I, etc.
CatinC+ + 2H2O ' COH + H3O+ Kb
J. Guilln
pH DE DISOLUCIONES DE SALES
SAL DE CIDO FUERTE Y BASE DBIL: NH4Cl
NH4Cl (s) NH4+(ac) + Cl- (ac) OH2NH4+ + H2 O ' NH3 + H3O+
[mol/L]o CS 0 ~0
[mol/L]eq CS x x x
][][][
4
33
34+
++
==NH
OHNHKKwKNH
NH SSNH Cx
xCx
KKw 22
3
=
333 ][][
NHS K
KwCOHOHx == ++ ( )33
logloglog21]log[ NHS KKwCOH += +
pH = 7 pKB logCSAL
J. Guilln
(Continuacin)
SAL DE CIDO DBIL Y BASE FUERTE: CH3COONa
OH2CH3COONa (s) CH3COO- (ac) + Na+ (ac)CH3COO- + H2 O ' CH3COOH + OH-
[mol/L]o CS 0 ~0
[mol/L]eq CS x x x
SSHAc Cx
xCx
KKw 22 =][
][][
==Ac
OHHAcKKwKHAc
Ac
S
HAc
CKKw
OHKwOHOHx
=== + ][][][ 3
log [H3O+] = (logKw + log KHAc log CS)
pH = 7 + pKA + logCSAL
J. Guilln
(Continuacin)
SAL DE CIDO DBIL Y BASE DBIL: CH3COONH4
CH3COONH4 (s) CH3COO- (ac) + NH4+ (ac) OH2CH3COO- (ac) + NH4+(ac) ' CH3COOH (ac) + NH3 (ac)
KwOH
OHOH
OHNHHAcNHOHAc
KK
NH
HAc2
33
4
33
3
][][][
][][][][][][ +
+
++
==
33 ][
NH
HAc
KK
KwOH =+
pH = 7 + pKA pKB
J. Guilln
EFECTO DEL IN COMN EN LOS EQUILIBRIOS CIDO-BASE
DISOLUCIONES DE CIDOS DBILES Y CIDOS FUERTES
cido fuerte: HA + H2O A- + H3O+[mol/L]equilibr ~0 C1 C1 + x
cido dbil: HAc + H2O ' Ac- + H3O+ Ka = 1,810-5[mol/L]equilibr Co x x C1 + x
( )HAcHAc KxCxC
xCxHAc
OHAK =
+==+
010
13 C si ;.
][][][
[H3O+] C1El cido fuerte impide la ionizacin del dbil
J. Guilln
EFECTO DEL IN COMN EN LOS EQUILIBRIOS CIDO-BASE
DISOLUCIONES DE BASES DBILES Y BASES FUERTES
Base fuerte: B + H2O BH+ + OH-[mol/L]equilibr ~0 C1 C1 + x
Base dbil: NH3 + H2O ' NH4+ + OH- Kb = 1,810-5[mol/L]equilibr Co x x C1 + x
( )301
0
1
3
43
C si ;.
][][][
NHNH KxCxCxCx
NHOHNHK =
+==+
[OH-] C1La base fuerte impide la ionizacin de la dbil
J. Guilln
EFECTO DEL IN COMN EN LOS EQUILIBRIOS CIDO-BASE
DISOLUCIONES DE CIDOS DBILES Y SUS SALES
Sal: CA (s) C+ (ac) + A- (ac)[mol/L]equili ~0 CS CS
cido dbil: HA + H2O ' A- + H3O+[mol/L]equil Ca x CS + x x
S
aa C
CKx =( )
a
S
a
Sa C
xCxCxxC
HAOHA
K..
][][][ 3
+==+
El in A- impide la ionizacin del cido dbil HA
J. Guilln
DISOLUCIONES REGULADORAS DEL pH
Llamadas tambin amortiguadoras, tampn o buffer, son aquellas disoluciones cuyo pH apenas se modifica al aadirles pequeas cantidades de cidos o bases.
Las disoluciones reguladoras estn formadas por una disolucinde:
cido dbil y su base conjugada, (HA/A)
Ejemplo: CH3COOH/CH3COONa
Base dbil y su cido conjugado. (B/BH+)
Ejemplo: NH3/NH4Cl
J. Guilln
AMORTIGUADOR ACTICO/ACETATO (HAc/A-)
OH-
H2OH3O+
H2OCH3COOH
CH3COO
DISOLUCIN
REGULADORA
Se aade cido: H3O+ + CH3COO- CH3COOH + H2O
Se aade base: OH- + CH3COOH CH3COO- + H2O
J. Guilln
AMORTIGUADOR AMONACO/IN AMONIO (NH3/NH4+)
OH-
H3O+
H2O
H2O
NH3
NH4+
DISOLUCIN
REGULADORA
Se aade cido: H3O+ + NH3 NH4+ + H2O
Se aade base: OH- + NH4+ NH3 + H2O
J. Guilln
pH DE LAS DISOLUCIONES AMORTIGUADORAS
La proporcin de concentraciones cido-base necesaria para lograr un pH dado con una disolucin amortiguadora se calcula empleando la ecuacin de Henderson-Hasselbalch.
HA (ac) + H2O (l) ' A- (ac) + H3O+ (ac)cido Base conjugada
][][][
][][][
33
+
+==
AHAKaOH
HAOHAKa
][][loglog]log[
][][loglog]log[ 33 HA
AKaOHAHAKaOH
+
+ +=+=
][][log
cidoBasepKapH += Ecuacin de
HENDERSON-HASSELBALCH
J. Guilln
APLICACIN PRCTICA
Disolucin amortiguadora
CH3COOH + H2O ' CH3COO- + H3O+Ca Cs X0
Aadimos cidoCH+
Ca + CH+ Cs CH+ X1
AadimosbaseCOH-
Ca COH- Cs + COH- X2
][][][ 3
+ =AHAKaOH
J. Guilln
EJEMPLO
1 L AGUA PURA 25c
+ 10-2 mol NaOH
+ 10-2 mol HCl
pH = 7pH = 2 pH = 12
1 L DISOLUCIN
0,2M HAc/0,2M Ac-
+ 10-2 mol NaOH
+ 10-2 mol HCl
pH = 4,74 pH = 4,79pH = 4,70
J. Guilln
VALORACIN DE UN CIDO FUERTE CON UNA BASE FUERTE
cidoconc.?
Base(conc.
Conocida)
En el punto de equivalencia: VA NA = VB NB
J. Guilln
Variacin del pH en el proceso de neutralizacin de un cido fuerte con una base fuerte
Antes del punto de equivalencia (exceso de cido)
BABCACOH BA +
=+ ..][ 3 En el punto de equivalencia
wKOHOH == + ][][ 3 Despus el punto de equivalencia (exceso de base)
BAACBCOH AB +
= ..][
A = volumen de cido
B = volumen aadido de base
J. Guilln
Variacin del pH en el proceso de neutralizacin de un cido dbil con una base fuerte
Antes del punto de equivalencia
BCBCACKOH
B
BAA
..][ 3
=+
En el punto de equivalencia
ACBAKKOH
aAw .
.][ 3+=+
Despus del punto de equivalencia (exceso de base)
BAACBCOH AB +
= ..][
A = volumen de cido
B = volumen aadido de base
J. Guilln
ZONA DE VIRAJE DE UN INDICADOR
HIn + H2O ' In + H3O+Forma cida Forma bsica
(color 1) (color 2)
2)(color bsica forma la de 1,0][][ Si
1)(color cida forma la de 10][In
[HIn] -
colorInHIn
colorSi
][][][
][][][
33
+
+==
InHInKiOH
HInOHIn
Ki
1= pKipH+= ][ ][log HInInpKipH
J. Guilln
COMPORTAMIENTO DE UN INDICADOR
AZUL DE BROMOTIMOL
pH < 6,0 pH = 7,0 pH > 7,6
Disolucinde HCl H2O
Disolucinde NaOH
Color de la forma HIn Zona de viraje Color de la forma In-
pH = pki - 1 pH = pki pH = pki + 1
Intervalo de viraje
6,0 7,6