Tema2:ÁcidosyBases
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Asignatura: Química, Profesor: , Carrera: Biología, Universidad: UCM
Tipo: Apuntes
2012/2013
1 / 25
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Tema
Ácidos
y
Bases
Teoría
de
Arhenius
Ácido:
contiene
hidrógeno
y
en
disolución
acuosa
produce
iones
H
Ácido
:
contiene hidrógeno y en disolución acuosa produce iones H.
Base:
contiene el grupo OH y en disolución acuosa es capaz de generar iones OH
‐
.
HCl
H
Cl
‐
H
2
O
H SO
H
HSO
H
2
O
NaOH
Na
OH
‐
H
2
O
H
2
O
Teoría
de
Brönsted
Lowry
H
2
SO
4
H
+ HSO
4
‐
Ca(OH)
2
Ca
2+
2OH
‐
H
2
O
y
Ácido:
toda sustancia capaz de ceder protones.
Base:
toda sustancia capaz de aceptar protones.
E t
d fi i ió
d
l
fi
ió
d
d
j
d
á id
b
l
ll
d
Esta definición conduce a la configuración de dos parejas de ácidos y bases, los llamados pares conjugados
. También nos permite hablar de
ácidos y bases fuertes y débiles
(si un
ácido es fuerte, su bases conjugada es débil; y si una base es fuerte, su ácido conjugadoserá débil)será débil).
HCl
H O
Cl
O
base 1 + ácido 2
ácido1 + base 2
HCl + H
2
O
Cl
‐
+ H
3
O
Fuerza
de
ácidos
y
bases.
Constante
de
Ionización
El proceso de cesión o captación de protones en una reacción ácido
‐
base es un
equilibrio químico
y, como tal, va a tener una constante de equilibrio que se denomina
constante de ionización
.
AH
H
2
O
A
‐
H
3
O
B
H
2
O
BH
OH
‐
C
o
n
s
t
a
n
t
e
d
e
B
a
s
i
c
i
d
a
d
K
a
[A
‐
][H
3
O
]
[AH][H
2
O]
K
b
[BH
][OH
‐
]
[B]
C
o
n
s
t
a
n
t
e
d
e
B
a
s
i
c
i
d
a
d
[H
2
O]
constante
Constante
de
Acidez
[
B
]
p
K
b
l
o
g
K
b
K
a
[A
‐
][H
3
O
]
[AH]
p
K
b
= log
K
b
[AH]
p
K
a
log
K
a
a
a
Fuerza
de
ácidos
y
bases.
Constante
de
Ionización
Los valores de
K
a
y
K
b
pueden conocerse experimentalmente si conocemos el
grado de
disociación
(
α
).
AH + H O
A
‐
H
O
AH + H
2
O
A + H
3
O
inicio
C
0
equilibrio
C
0
C
0
α
C
0
α
C
0
α
K
a
[A
‐
][H
3
O
]
q
0
0
0
0
C
0
α
.
C
0
α
C
0
2
α
2
α
2
.
C
0
Ácidos fuertes:
α ≈
1 (disociación casi total), por lo tanto (
‐
α
)
= 0, y
K
a
tiende a
a
[AH]
C
0
C
0
α
C
0
α
α
0
(
),
p
(
)
,
y
a
infinito. Ácidos débiles
:
α ≈
0, (
‐
α
)
≈
1, y por tanto
K
a
= C
0
α
2
Compuesto
H
2
S
H
2
Se
H
2
Te
HF
HCl
HBr
HI
pK
a
7,
3,
2,
3,
‐
7
<
‐
7
<
‐
7
Acidez
Medida
de
la
acidez
de
una
disolución.
Escala
de
pH
Sörensen propuso caracterizar la acidez o basicidad de una disolución por la escala depH. Así:
H
pH =
log [H
]
[H
] = 10
‐
pH
Para el agua pura se cumple que: [H
] = [OH
‐
] = 10
‐
7
, luego: pH =
‐
log[H
] =
‐
log [
‐
7
] = 7.
Por tanto:
pH
<
7
Disolución ácida
pH
7
Disolución básica
pH
7
Disolución básica
pOH
log
[OH
‐
]
Dado que
K
w
= [H
][OH
‐
] = 10
‐
14
log[H
] + log [OH
‐
]
=
‐
14
‐
log
[H
]
‐
log[OH
‐
]
= 14
log[H ] + log [OH ]
14
log [H ] log[OH ]
14
pH + pOH = 14p
p
Calculo
de
pH
para
disoluciones
de
ácidos
o
bases
fuertes
Estas
disoluciones
se
caracterizan
porque
α ≈
1,
por
lo
tanto:
AH
A
‐
H
[H
] = [AH ] = C
inicio
C
[H ] = [AH ] = C
equilibrio
C
C
BOH
B
OH
‐
i
i
i
C
[OH
‐
] = [BOH ] = C
inicio
C
equilibrio
C
C
Ejemplos: calcular el pH de una disolución 0,01 M de HNO
3
. Calcular el pH de una
disolución 0 15 M de NaOHdisolución 0,15 M de NaOH
Calculo
de
pH
para
disoluciones
de
ácidos
débiles
Pero
también
podemos
calcular
α
:
AH
A
‐
+ H
inicio
C
equilibrio C(
α
C
α
C
α
[A
‐
][H
]
equilibrio C(
α
C
α
C
α
C
C
C
α
C
α
K
a
[A
‐
][H
]
[AH]
C
α
.
C
α
C(
α)
C
α
.
C
α
C
= C
α
2
α
K
a
/C
Ejemplo: calcular
α
y
el pH de una disolución 0,1 M de AcOH cuya
K
a
= 1,85 x 10
‐
5
.
j
p
y
p
y
a
Calculo
de
pH
para
disoluciones
de
bases
débiles
Para
una
base
débil
se
realiza
un
razonamiento
análogo:
BOH
B
OH
‐
inicio
C
equilibrio
C(
α
C
α
C
α
K
b
[B
][OH
‐
]
[OH
‐
]
2
ya que [B
] = [OH
‐
]
y
α
C
α
C
K
b
[BOH]
C
ya que [B ]
[
O
H
]
y
α
, C(
α
= C
[OH
‐
]
K
b
.
C
[OH ]
K
b
.
C
pOH =
1/2log
K
b
1/2 log C
b
pOH
1/2(p
K
b
log
[base])
pH = 14 +1/2log
K
b
1/2log [base]
Ácidos
polipróticos
El
ácido
sulfúrico
(H
2
SO
4
)
se
diferencia
de
la
mayor
parte
de
los
ácidos
polipróticos
en
que
es
un
ácido
fuerte,
en
su
primera
ionización
y
un
ácido
débil
en
la
segunda.
H SO
H O
HSO
H O
−
2
K
−
×
2 4
3
[
][
]
SO
H O
−
=
2
4
2
4
3
H SO
H O
HSO
H O
−
2
4
2
4
3
H
SO
H O
SO
H O
−
−
2
a
K
×
4
[
]
HSO
−
=
4
2
4
3
La
ionización
es
completa
en
la
primera
etapa,
lo
que
significa
que
en
las
disoluciones
de
H
2
SO
4
todo
el
ácido
sulfúrico
se
convierte
en
HSO
4
‐
y
H
3
O
.
Después
se
puede
calcular
la
t
ió
d
H
O
SO
2
d
ti d
l
i
i
ió
d
HSO
concentración
d
e
H
3
O
y
SO
4
2
‐
que
se
produce
a
partir
d
e
l
a
i
onización
d
e
HSO
4
‐
.
Hidrólisis
No sólo los ácidos y las bases presentan propiedades ácido
‐
base.
Hay
sales
que al disolverse dan lugar a disoluciones ácidas o básicas.
C
H
3
C
O
ONa
H
2
O
C
H
3
C
O
O
Na
NH
4
Cl
H
2
O
NH
Cl
Cuando los aniones o cationes generados tienen
carácter de ácido o base conjugada
fuerte
respectivamente
pueden
reaccionar
con
el
agua
dando
lugar
a
disoluciones
N
H
4
C
l
N
H
4
- Cl
fuerte
respectivamente
, pueden reaccionar con el agua dando lugar a disoluciones
con carácter básico o ácido.
O
O
C
H
3
C
O
O
NH
4
H
2
O
C
H
3
C
O
OH + OH
- H
2
O
NH
4
OH + H
La
hidrólisis
se puede definir como la reacción del ión con el agua, y la extensión de
la misma se mide mediante la
constante de hidrólisis
.
Constante
de
Hidrólisis
y
pH
Para
calcular
el
pH
de
la
reacción
de
hidrólisis
(que
será
básico):
Sabemos
que
[AH]
≈
[OH
‐
]
y
[A
‐
]
≈
C
0
.
Por
tanto:
[OH
‐
]
2
C
K
h
K
w
K
a
10
‐
14
K
a
[OH
‐
]
‐
14
C
[OH ]
10
‐
14
K
a
C
pOH=
1/2logC
log
K
a
pH=
1/2logC
log
K
a
Constante
de
Hidrólisis
y
pH
‐
De
forma
análoga
podemos
calcular
el
valor
de
K
h
para
una
sal
como
el
NH
4
Cl,
cuyo
catión
es
ácido
y
daría
un
pH
ácido:
K
h
K
w
K
b
pH=
1/2logC
log
K
b
Siendo
K
b
la
constante
de
la
base
débil
de
la
que
deriva
el
catión
ácido
‐
Las disoluciones de sales en las cuales tanto
el anión como el catión tienen
características ácidas y básicas
(acetato amónico):
pH=
1/2logK
a
log
K
b
pH
en
reacciones
de
hidrólisis
- Disolución de una
sal de ácido débil y base débil C
C
4
4
NH CN
NH
CN
−
→
pH ácido o básico dependiendo de la comparación de las fuerzas ácidas y básicas de losdos iones
NH
H O
NH
H O
10
w
K
K
−
4
2
3
3
NH
H O
NH
H O
10
3
w
a
b
K
K
NH
×
K
2
CN
H O
HCN
OH
−
−
5
w
b
a
K
K
K
HCN
−
×
En este caso pH
7
Valoraciones
ácido
base:
Indicadores
Las valoraciones permiten conocer el carácter ácido o básico de una disolución. En el punto de equivalencia
, es decir, el punto en el cual el ácido ha reaccionado o
neutralizado completamente a la base (o a la inversa), se cumple:
V
a
N
a
=
V
b
N
b
Los indicadores
son sustancias orgánicas con carácter de ácido o base débil y cuyos
aniones tienen un color diferente del de su forma neutra.
R
j
F
l
F
l
f
t
l
i
OH
O
R
ojo Fenol
HO
OH
HO
O
F
enolftaleina
C
O
SO
3
C
O
SO
3
O
O
CO
2
H
c
o
l
o
r
r
o
j
o
i
n
c
o
l
o
r
o
3
3
color
rojo
color
amarillo
color rojo
incoloro
La determinación del punto de equivalencia se debe hacer con un indicador cuyoLa determinación del punto de equivalencia se debe hacer con un indicador cuyocambio de color ocurra a ese pH.