equilibrio acido base, Apuntes de Química Orgánica

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6. Equilibrios ácido-base I

Contenidos

Equilibrios ácido-base I

• Ácidos y bases
• Producto iónico del agua.
• Disoluciones neutras, ácidas y básicas.
• Concepto de pH.
• Ácidos y bases fuertes y débiles: K a y K b .
• Grado de ionización.
• Ácidos polipróticos.

Ácidos y bases

Ácidos y bases

• Teoría de Arrhenius: (punto de partida, superada)
  • Ácido : sustancia que produce protones (H+) en agua
  • Base o álcali : sustancia que produce iones hidroxilo (OH-) en agua
  • ¿Por qué es alcalino el amoniaco, NH 3?
    • “Porque en disolución acuosa forma NH 4 OH, que cede OH-.”
    • ¡Pero nunca se ha detectado la especie química NH 4 OH en agua!
    • Necesitamos otra teoría 2 ( ) ( ) ( ) H O

HCl g H ac Cl ac

• −

2 ( ) ( ) ( ) H O

NaOH s Na ac OH ac

• −

[Lectura: Petrucci 17.1]

Ácidos y bases

• Teoría de Lewis: (aceptada hoy para ácidos y bases en general)
  • Ácido : aceptor de pares de electrones
  • Base o álcali : dador de pares de electrones
  • Reacción ácido-base: reacción de intercambio de pares de electrones [Lectura: Petrucci 17.9] ácido de Lewis base de Lewis aducto

Ácidos y bases en

disolución

pH, pOH y pK

Def.: 4 3 [ H O ] 3, 7 10 M

• − = × 3 pH log[ H O ]

≡ − Las concentraciones molares de H 3 O+^ y de OH-^ en disolución suelen ser mucho menores que 1 M; p.ej: 11 [ OH ] 2,7 10 M − − = × 3, 3 [ H O ] 10 M

• − = 10, [ OH ] 10 M − − = pOH log[ OH ] − ≡ − pH = 3, 43 pH =10, 14, 10 w K − = log w w pK ≡ − K 14, w pK = 14 1, 0 10 w K − = ×

25º C

3 [ ][ ] w H O OH K

• − = 3 log[ ] log[ ] log w H O OH K
• − − − = − w pH + pOH = pK 25º C ; pH + pOH = 14, 00 [Lectura: Petrucci 17.3] 3 [ ] 10 pH H O M
• − = [^ ]^10 pOH OH M − − = 10 pKw w K − =

pH, pOH y pK

3 [ H O ] / M

[ OH ] / M − pH pOH L L 11, 00 11 1, 0 10 − × 9, 00 9 1,0 10 − × 7, 00 7 1,0 10 − × 5, 00 5 1,0 10 − × 3, 00 3 1,0 10 − × L L 12 1,0 10 − × 12, 00 10 1,0 10 − × 10, 00 8 1,0 10 − × 8, 00 6 1,0 10 − × 6, 00 4 1,0 10 − × 4, 00 2, 00 2 1,0 10 − × L 3, 00 5, 00 7, 00 9, 00 11, 00 L 2, 00 4, 00 6, 00 8, 00 10, 00 12, 00 L 3 1,0 10 − × 5 1,0 10 − × 7 1,0 10 − × 9 1,0 10 − × 11 1, 0 10 − × L 2 1,0 10 − × 4 1,0 10 − × 6 1,0 10 − × 8 1,0 10 − × 10 1,0 10 − × 12 1,0 10 − ×

Acidez

Basicidad

[Lectura: Petrucci 17.3]

Ácidos y bases fuertes

Tienen el equilibrio de ionización muy desplazado a la derecha 2 3 HCl H O Cl H O − +

• → + (^) NaOH Na OH
• − → +

• puede considerarse totalmente desplazado, salvo en disoluciones muy concentradas
• el aporte de la autoionización del agua a la concentración de H 3 O+^ en las disoluciones de ácidos fuertes y de OH-^ en las de bases fuertes es despreciable 2 H 2

O  H

3

O

• OH − Ácidos fuertes más frecuentes Bases fuertes más frecuentes HCl (^) HBr HI 4 HClO 3

HNO

2 4 H SO (sólo la 1ª ionización) LiOH NaOH KOH RbOH CsOH ( ) 2 Mg OH (^) ( ) 2

Ca OH

( ) 2 Sr OH (^) ( ) 2

Ba OH

[Lectura: Petrucci 17.4]

Ácidos y bases fuertes

Ejemplo : Disolución HCl(ac) 0,015 M. ¿Cuánto valen las concentraciones molares de las especies presentes en la disolución y el pH? 2 3 HCl H O Cl H O − +

• → + 0
• c 0
• c 0 ( − c ) 2 H 2

O  H

3

O

• OH −
• w + w [ Cl ] − = [ H O 3 ]

= [ OH ] − = 0 c 0

c + w

w 0 ; c

= 0, 015 M

= 0, 015 M

3

[ ] [ ]

w

OH K H O

− +

14

−

= ×

13

6,7 10 M

−

= ×

13

6,7 10 M

−

= ×

1 3

[ ][ ]

w

H O OH K

• − = 2 3 3 ~ todo el H 3 O+^ procede de la ionización del ácido

• los OH-^ proceden de la ionización del agua
• los Cl-^ proceden de la ionización del ácido
• [H 3 O+] y [OH-] deben ser consistentes con Kw pH = − log 0,015 =1, 4 [Lectura: Petrucci 17.4]

Ácidos y bases

débiles

Ácidos y bases débiles

Es necesario considerar su equilibrio de ionización

HA + H

2

O  A

−

+ H

3

O

• Constante de ionización o de acidez del ácido HA [Lectura: Petrucci 17.5] 3 [ ][ ] [ ] a A H O K HA − + =

B + H

2

O  HB

+ OH

− Constante de ionización o de basicidad de la base B [ ][ ] [ ] b HB OH K B

• − =

HCN + H

2

O  CN

−

• H 3

O

• 10 6, 2 10 a

K

− = × pK^ a =9, 21

• ácidos más fuertes cuanto mayor Ka (cuanto menor pKa) NH 3

+ H

2

O  NH

4

• OH − 5 Kb 1,8 10 − = × pKb^ =4,

• bases más fuertes cuanto mayor Kb (cuanto menor pKb)

Bases débiles

Fuerza de la base

Ácidos débiles

Disolución HA(ac) c 0 M. ¿Concentraciones molares de las especies presentes en la disolución? HA + H 2

O  A

−

• H 3

O

− x +^^ x + x

2 H

2

O  H

3

O

• OH −
• w + w

[ A ]

− 3

[ H O ]

[ OH ]

− = x = x + w = w ; x [ H O 3 ][ OH ] Kw

• − = ~ todo el H 3 O+^ procede de la ionización del ácido (Kw<> Ka? ¿4 c 0 >> Ka? NO SI