Equilibrios ácido – base Constantes de equilibrio Curso de química básica Sesion (23)
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7/31/2019 Equilibrios cido base Constantes de equilibrio Curso de qumica bsica Sesion (23)
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Equilibrios cido base
Constantes de equilibrio
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Teora protnica cido - base
Desde siglos atrs existen los conceptos de cido y base. Muchas teorascientficas han tratado de definir y explicar los equilibrios qumicos de estos dosgrupos de sustancias.
Una de las teoras ms satisfactorias fue desarrollada en 1923 por JohannesBronsted y Thomas Lowry. Segn estos autores toda reaccin cido-base consisteen un intercambio de protones (iones hidrgeno)
Las especies participantes en este proceso son donadores y aceptores deprotones, que se conocen como cidos y bases respectivamente. As tenemos que:
Todo cido es una sustancia capaz de ceder protones
Toda base es una sustancia capaz de aceptar protones
Un equilibro cido base se puede representar por la ecuacin:
Donde el cido1 cede un protn a la base2, transformndose en la base1 y el cido2respectivamente. El cido1 forma con la base1 un par cido-base o sistema conjugado, deigual manera la base2 y el cido2. estos pares se representan como ecuaciones parciales.
cido1 + Base2 Base1 + cido2
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Se tiene una reaccin global
Donde HClO es la especie donadora de protones y el NaOH la especie receptora.Por medio de las ecuaciones parciales se representan las reacciones intermediasy se identifican los pares cido-base
HClO + NaOH NaClO + H2O
H+ + OH- H2O
NaOH Na+ + OH-
Base2 cido2
HClO ClO- + H+
cido1 base1
ClO- + Na+ NaClO
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Ejemplos de pares cido-base
Las especies HNO3 y H2SO4 se comportan como cidos, en tanto que las
especies NO3- y HSO4- se comportan como bases, siendo que en la reaccininversa pueden aceptar un protn.
El HNO3 es un cido monoprtico dado que slo puede ceder un protn,mientras que el H2SO4 es un cido diprtico siendo capaz de ceder hasta dosprotones
Tanto el NO3- como el HSO4
- son bases monoprticas, debido a que slopueden aceptar un protn.
el HSO4- puede comportarse como una base o como un cido. Estas especies se
conocen comoanfolitosy su comportamiento anfiprtico
H2SO4 HSO4- + H+
cido1 Base1
HNO3 NO3- + H+
cido1 Base1
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En medios acuosos, las especies cidas ceden primeramente loshidrgenos inicos o protones a las molculas de agua, formando ioneshidronio con stas ltimas.
El balance de las reacciones intermedias se ilustra en el siguiente ejemplocon el bromuro de hidrgeno:
El H3O+se conoce como inhidronio
Par cido-base 2 H+ + H2O H3O+
Par cido-base 1 HBr Br- + H+
Reaccin global HBr + H2O Br- + H
3O+
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Definicin de cido o base segn el medio solvente
La definicin de cido o de base es relativo, ya que la transferenciade protones ocurrir desde la especie ms propicia para ceder(especie cida ms fuerte) hacia la menos tendiente a hacerlo(especie cida ms dbil), por ejemplo l cido actico se comportacomo cido frente al agua pero acta como base ante el cido
clorhdrico siendo este ltimo un cido ms fuerte.
CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+
HCl + CH3COOH Cl- + CH3COOH2+
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Entonces cules son las especies que se definen como cidos y culescomo base?
Para categorizar un compuesto como uno u otro se toma como referencia el
solvente del medio, generalmente agua. El agua es un solvente anfiprtico, capaz de autoionizarse. Dos molculas
de agua reaccionan, una como cido y otra como base experimentandouna autoprotlisis, as que puede servir como indicador para diferenciarotras especies cidas y bsicas
Una especie que cede protones al agua ser un cido en ese solvente. Encaso tanto, una especie receptora de protones del agua se considera unabase en ese medio.
H2O + H2O OH- + H3O+
H3PO4 + H2O H2PO4- + H3O+
H2O + NH3 OH- + NH4+
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Equilibrios qumicos
Para un sistema definido en la siguiente ecuacin global:
Las ecuaciones para las reacciones intermedias son:
Cada par cido base posee una constante de equilibrio
HCl + LiOH LiCl + H2O
HCl Cl- + H+cido1 base1
H3O+ + OH- 2H2O
LiOH Li+ + OH-Base2 cido2
Cl- + Li+ LiCl
H+ + H2O H3O+
H2O + H2O OH- + H3O+
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As para:
(soluciones diluidas)
H2O + H2O OH- + H3O+
Kw=
[OH-][H3O+]= 10-14[H2O]2
HCl Cl- + H+cido1 base1
Ka =[Cl-][H+]
[HCl]
LiOH Li+ + OH-Base2 cido2
Kb =[Li+][OH-]
[LiOH]
Kw =aOH-aH3O+
a2
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Como se ha expuesto, el carcter cido o bsico de un compuesto es
relativo y la fuerza de un cido o una base no puede determinarse por ssola, sino que se ha de comparar con otra sustancia. El compuesto dereferencia es el agua siendo el medio donde ms se trabaja.
Se consideran cidos y bases fuertes aquellos protolitos que enconcentraciones moderadas se encuentran totalmente disociadas.
Ka >> 1 Kb >>1
Se consideran cidos y bases dbiles los compuestos que reaccionan deforma incompleta con el agua. La proporcin en la que se disocian sedefine por la constante de acidez o de disociacin
Ka
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As para un sistema donde se encuentra disuelto un cido fuerte la cantidad de
iones hidronio producidas por autoprotlisis del agua se vuelve prcticamentenula por el efecto inhibidor, en tanto la base conjugada es sumamente dbil (ej.el ion cloruro); entonces, el equilibro est severamente desplazado hacia laderecha
H2O + H2O OH- + H3O+
Kw = [OH-][H3O+]
[H2O]2
HCl Cl- + H+cido1 base1
Ka = [Cl-
][H+
][HCl]
Kw = aOH-aH3O+
a2
HCl + H2O Cl- + H3O+
Ka =[Cl-][H3O+]
[HCl]
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Los cidos y bases dbiles se caracterizan porque slo una proporcin es capaz de
reaccionar. Esta proporcin se define por su Ka o Kb.
Para la siguiente reaccin
El acetato se comporta como base, verificndose la reaccin
Existe entonces un Ka para el cido actico (cido1) y Kb para su base conjugada(base1) que al multiplicarse se obtiene que el producto es igual a Kw
Ka Kb =[CH3COO-][H3O+]
[CH3COOH][OH-] =[H3O+] [OH-] = Kw[CH3COOH] [H2O] [CH3COO-] [H2O] [H2O]2
CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+
CH3COO- + H2O CH3COOH + OH-
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Fuerza de los cidos y basesSe puede categorizar la fuerza relativa de los cidos y sus bases conjugadas por sus
Ka. Tomando en cuenta el carcter complementario que tienen los pares
conjugados se diferencian tres casos: Ka >> 1. se trata de un cido fuerte, totalmente disociado;
entonces para su base conjugada Kb > Ka >> 10-14. Se trata de un cido dbil que no est del todo
disociado; entonces para su base conjugada se cumple que 1 >>Kb >> 10
-14
Ejemplo: CH3COOH, Ka = 10-4,75, para su base conjugada CH3COOH
-Kb = 10-9,25
Kw = 10-4,75 10-9,25 = 10-14
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Ka > 1.
Ejemplo:
NaOH, Ka (Na+) es prcticamente nulo, Ka (Na+) 10-55 y su base conjugada NaOHse disocia prcticamente en su totalidad
Kw = 10-55 Kb
Entonces
Kb = 10-14 / 10-551041
NaOH Na+ + OH-
Base2 cido2
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pH en soluciones acuosas
En resumen, los equilibrios entre [H3O+] y [OH-] tienen como punto de
referencia una escala de 10-14 unidades, para simplificar estos nmerosse utiliza la notacin matemtica -log que se simboliza por la letra p
De all que las concentraciones [H3O+] se expresan como p[H3O
+] , ms
conocido como pH
Cuando un sistema registra una concentracin total de [H3O+]
equivalente a un pH 7 se trata de un medio bsico
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pH en soluciones acuosasEl pH es una medicin de [H3O
+] total, es decir de la suma de las concentracionesde H3O
+ que aporta cada especie cida en el sistema, menos las concentraciones
totales de OH- que aportan las bases. Estimar estas concentraciones dependende las especies implicadas.
Cmo se estima el pH en los siguientes sistemas?
Soluciones con un cido fuerte o una base fuerte
Soluciones con una mezcla de cidos fuertes o de bases fuertes
Soluciones con mezclas de cidos o bases fuertes con dbiles
Soluciones con un cido dbil o una base dbil monoprtica
Soluciones con una sal de cido fuerte con base fuerte
Soluciones con una sal de cido/base fuerte con base/cido dbil
Soluciones con una sal de cido dbil con base dbil
Soluciones con especies poliprticas
Soluciones con anfolitos