7. equilibrios ácido-base ii

Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II

7. Equilibrios ácido-base II7. Equilibrios ácido-base II

Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 2

ContenidosContenidos

Equilibrios ácido-base II Equilibrios ácido-base II

• Propiedades ácido-base de las sales: hidrólisis. Propiedades ácido-base de las sales: hidrólisis. • Indicadores ácido-baseIndicadores ácido-base• Reacciones ácido-base. Valoraciones. Reacciones ácido-base. Valoraciones. • Disoluciones reguladoras. Capacidad amortiguadora. Disoluciones reguladoras. Capacidad amortiguadora.


Bibliografía recomendadaBibliografía recomendada

• Petrucci: Química General, 8ª edición. R. H. Petrucci, W. S. Harwood, F. G. Herring, (Prentice Hall, Madrid, 2003).

– Secciones 17.7, 18.2, 18.3, 18.4


Comportamiento Comportamiento ácido-base de los ácido-base de los iones: hidrólisisiones: hidrólisis


Sales de ácidos fuertes y bases fuertesSales de ácidos fuertes y bases fuertes

Los iones de la ionización de ácidos o de bases fuertes son estables y no tienen carácter ácido ni básico

• Disolución de una sal de ácido fuerte y base fuerte

NaCl Na Cl Iones estables, ni ácidos ni básicos. 7pH

2 2NaOH H O Na H O OH 2 3HCl H O Cl H O

Como consecuencia, las disoluciones de sales de ácidos fuertes y bases fuertes son neutras


Iones de ácidos débilesIones de ácidos débiles

Los iones resultantes de la ionización de un ácido débil tienen comportamiento básico; por lo tanto, establecen su propio equilibrio de ionización de base

2 3HA H O A H O 3[ ][ ]

[ ] a

A H OK

HA

2 3HCN H O CN H O 106,2 10aK

ácido baseconjugados

2A H O HA OH [ ][ ]

[ ] b

HA OHK

A

a b wK K K

2 32H O H O OH (1) (2)

(2)

(1)

2CN H O HCN OH 14

510

1,0 101,6 10

6,2 10bK

14,00a bpK pK

es una baseCN

[Lectura: Petrucci 17.7]

3[ ][ ] wH O OH K


Iones de bases débilesIones de bases débiles

Los iones resultantes de la ionización de una base débil tienen comportamiento ácido; por lo tanto, establecen su propio equilibrio de ionización de ácido

2B H O HB OH [ ][ ]

[ ] b

HB OHK

B

base ácido

conjugados

2 3HB H O B H O 3[ ][ ]

[ ] a

B H OK

HB

a b wK K K

2 32H O H O OH (1) (2)

(2)

(1)

3 2 4NH H O NH OH 51,8 10bK

14,00a bpK pK

4 2 3 3NH H O NH H O 14

105

1,0 105,6 10

1,8 10aK

4NH es un ácido



Hidrólisis (de sales)Hidrólisis (de sales)

(Como consecuencia de lo anterior) Las disoluciones de sales de ácidos débiles o de bases débiles no son neutras: se hidrolizan

• Disolución de una sal de ácido débil y base fuerte

NaCN Na CN 7pH estable base

2CN H O HCN OH 51,6 10( )

wh b

a

KK K

K HCN

Ejemplo: pH de una disolución NaCN(ac) 0,20 M.

[ ]HCN[ ]OH

xx w x

[ ]CN 0c x

[pH de una disolución de una base débil]2

0b

xK

c

0c 0bx K c 5 31,6 10 0,20 1,8 10x

3log1,8 10 2,75pOH 14,00 14,00 2,75 11,25pH pOH

x xx


0c 0c 0c




• Disolución de una sal de base débil y ácido fuerte

4 4NH Cl NH Cl 7pH estableácido

Ejemplo: pH de una disolución NH4Cl(ac) 0,20 M.

3[ ]NH

3[ ]H Oxx w x

4[ ]NH 0c x

[pH de una disolución de un ácido débil]2

0a

xK

c

0c 0ax K c 10 55,6 10 0,20 1,1 10x

5log1,1 10 4,96pH

4 2 3 3NH H O NH H O 10

3

5,6 10( )w

h ab

KK K

K NH

x xx


0c 0c 0c




• Disolución de una sal de ácido débil y base débil

4 4NH CN NH CN baseácido

4 2 3 3NH H O NH H O 10

3

5,6 10( )w

ab

KK

K NH

pH ácido o básico dependiendo de la comparación de las fuerzas ácidas y básicas de los dos iones

2CN H O HCN OH 51,6 10( )

wb

a

KK

K HCN

pH>7 en este caso



Indicadores y Indicadores y valoraciones ácido-valoraciones ácido-

basebase


Indicadores ácido-baseIndicadores ácido-base

• Sustancias cuyo color depende del pH de la disolución en la que están presentes– ácidos débiles cuyas formas ácida y básica conjugadas tienen colores

distintos

2 3HIn H O In H O 3[ ][ ]

[ ] a

In H OK

HIn

color A color B

3

[ ][ ]

[ ]a

HInH O K

In

[ ]

log[ ]a

HInpH pK

In

3[ ]H O [ ] [ ]HIn In color A

3[ ]H O [ ] [ ]HIn In color B

[ ] [ ]HIn In virajeapH pK

apH pK

apH pK



Indicadores ácido-baseIndicadores ácido-base

[ ]10

[ ]

HIn

In

[ ]log

[ ]a

HInpH pK

In

1apH pK

[ ]0,1

[ ]

HIn

In 1apH pK

[ ]1

[ ]

HIn

In apH pK

azu

l de t

imol

azu

l de t

imol

9,21,7

pKa 12,7

am

ari

llo C

layto

nam

ari

llo C

layto

n

am

ari

llo d

e a

lizari

na

am

ari

llo d

e a

lizari

na

11

fen

olf

tale

ína

fen

olf

tale

ína

9,57,3

azu

l de b

rom

oti

mol

azu

l de b

rom

oti

mol

rojo

de a

lizari

na

rojo

de a

lizari

na

5,3

azu

l de b

rom

ofe

nol

azu

l de b

rom

ofe

nol

4,1

nara

nja

de m

eti

lonara

nja

de m

eti

lo

3,51,6

rojo

de q

uin

ald

ina

rojo

de q

uin

ald

ina


2 3HIn H O In H O


Valoración ácido-baseValoración ácido-base

• Determinación de la concentración de un ácido (base) en una disolución por reacción de neutralización con una base (ácido)– Midiendo un volumen de disolución necesario para alcanzar cantidades

estequiométricas de ácido y base

• ej. 1: A + B → Sal + H2O nA/nB = 1 nA=nB

• ej. 2: 2A + 3B → Sal + H2O nA/nB = 2/3 3nA=2nB

Bdsln mlVB Bdsln 1000

B][

ml

molBBmolnB

BmolnB B3

A2

mol

molej.2:

AmolnAAdsln mlVA

muestra problema:

valorante:

Adsln

A

mlV

moln

A

A

l

ml

1

1000

Adsln

A][l

molA


http://mediateca.educa.madrid.org/imagen/imagenes/publicas/tam4/7a/7ad435s69t822hf9.jpg


Valoración ácido-baseValoración ácido-base

• Punto de equivalencia (pde) de una valoración– Es la disolución alcanzada cuando los reactivos valorante y valorado han

reaccionado en cantidades estequiométricas• determinado por el reactivo limitante (el reactivo que se agota)

• Punto final de una valoración– Es la disolución alcanzada cuando se detiene la valoración– Se determina por la observación de un cambio brusco

• de color de un indicador (viraje) • del pH indicado por un pH-metro• ...

• Se ha de elegir el indicador de modo que el punto final coincida con el punto de equivalencia



Valoración de un ácido fuerte con una base fuerteValoración de un ácido fuerte con una base fuerte

Ejemplo: Valoración de 25,00 ml de HCl(ac) 0,100 M con NaOH(ac) 0,100 M

1) Punto inicial: Disolución de un ácido fuerte

3[ ] 0,100H O M log 0,100 1,00pH

2) Puntos intermedios: Disolución de un ácido fuerte

10,00 ( )ml NaOH ac 3

(2,500 10,00 0,100)[ ] 0,0429 ;

(25,00 10,00)

mmolH O M

ml

1,37pH

24,00 ( )ml NaOH ac 33

2,500 24,00 0,100[ ] 2,04 10 ;

25,00 24,00H O M M

2,69pH

3 33( ) 25,00 10 0,100 2,500 10 2,500n H O mol mol mmol

(Reactivo limitante: la base)

24,90 ( )ml NaOH ac 43

2,500 24,90 0,100[ ] 2,00 10 ;

25,00 24,90H O M M

3,70pH

2HCl NaOH NaCl H O Reacción global:


(Y de una sal de a.f. y b.f.)


Valoración de un ácido fuerte con una base fuerteValoración de un ácido fuerte con una base fuerte

3) Punto de equivalencia: Disolución de una sal de ácido fuerte y base fuerte

7,00pH

4) Puntos posteriores al pde: Disolución de una base fuerte

26,00 ( )ml NaOH ac 11,29pH

40,00 ( )ml NaOH ac 12,36pH

(Proporciones estequiométricas)

(Reactivo limitante: el ácido)

25,10 ( )ml NaOH ac 425,10 0,100 2,500[ ] 2,00 10 ;

25,00 25,10OH M M

10,30pH

326,00 0,100 2,500[ ] 1,96 10 ;

25,00 26,00OH M M

40,00 0,100 2,500[ ] 0,0231 ;

25,00 40,00OH M M




Valoración de un ácido fuerte con una base fuerte: Valoración de un ácido fuerte con una base fuerte: curva de valoracióncurva de valoración

Punto de equivalenciaPunto de equivalencia[disolución de una sal de ácido fuerte y base fuerte: pH=7]

Punto final Punto final de la de la valoración con fenolftaleínavaloración con fenolftaleína

Punto final Punto final de la valoración de la valoración con rojo de quinaldinacon rojo de quinaldina




Disoluciones resultantes durante las valoracionesDisoluciones resultantes durante las valoraciones

HCl con NaOH HAc con NaOH

Inicio

Antes del pde

Punto de equivalencia

Después del pde

HCl

NaCl

NaCl y HCl

NaCl y NaOH

HAc

NaAc

NaAc y HAc

NaAc y NaOH

R-NH2 con HCl

RNH2

RNH3Cl

RNH3Cl y RNH2

RNH3Cl y HCl

hidrólisispH>7

hidrólisispH<7

neutra

reguladora reguladora a.fuerte

a.fuerte a.débil

b.fuerte ~b.fuerte

b.débil

~a.fuerte

AF con BF AD con BF BD con AF


Valoración de un ácido débil con una base fuerteValoración de un ácido débil con una base fuerte

Ejemplo: Valoración de 25,00 ml de HAc(ac) 0,100 M con NaOH(ac) 0,100 M.Ka(HAc)=1,8x10-5.

1) Punto inicial: Disolución de un ácido débil

2 3HAc H O Ac H O x xx

3[ ]H Ox w x

[ ]HAc 0c x 0 0,100c M2

0a

xK

c 0 0,0013ax c K M

log 0,0013 2,87pH

3) Punto de equivalencia: Disolución de una sal de ácido débil y base fuerte (hidrólisis)

NaAc Na Ac

2Ac H O HAc OH

[ ]HAc

[ ]OH

xx w x

[ ]Ac0c x

2

0b

xK

c

0

25,00 0,1000,0500

25,00 25,00c M

60 5,3 10bx K c M 5,28pOH

x xx105,6 10

( )w

ba

KK

K HAc

2HAc NaOH NaAc H O Reacción global:

8,72pH [Lectura: Petrucci 18.4]

25,00 0,100 / 0,100 25,00NaOHV mL mL


Valoración de un ácido débil con una base fuerte:Valoración de un ácido débil con una base fuerte:curva de valoracióncurva de valoración

Ejemplo: Valoración de 25,00 ml de HAc(ac) 0,100 M con NaOH(ac) 0,100 M.Ka(HAc)=1,8x10-5.

Punto final Punto final de la valoración de la valoración con azul de bromofenolcon azul de bromofenol

Punto de equivalenciaPunto de equivalencia[disolución de una sal de ácido débil y base fuerte: pH>7]

Punto final Punto final de la de la valoración con fenolftaleínavaloración con fenolftaleína





Inicio

Antes del pde


Después del pde

HCl

NaCl

NaCl y HCl

NaCl y NaOH

HAc

NaAc

NaAc y HAc

NaAc y NaOH

R-NH2 con HCl

RNH2

RNH3Cl

RNH3Cl y RNH2

RNH3Cl y HCl

hidrólisispH>7

hidrólisispH<7

neutra


a.fuerte a.débil

b.fuerte ~b.fuerte

b.débil

~a.fuerte



V NaOH(ac) 0.100 M (ml)0.0 10.0 20.0 25.015.05.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

11erer pde pde

22oo pde pde

Valoración de un ácido poliprótico:Valoración de un ácido poliprótico: H H33POPO44(ac) con NaOH(ac)(ac) con NaOH(ac)

pH

)()()()( 24243 lOHacPONaHacNaOHacPOH )(2)()(2)( 24243 lOHacHPONaacNaOHacPOH

11erer pde pde

22oo pde pde

1)(

)(

43

1 POHn

NaOHn pde

2)(

)(

43

2 POHn

NaOHn pde

)(3)()(3)( 24343 lOHacPONaacNaOHacPOH 33erer pde pde[Lectura: Petrucci 18.4]

31 7,1 10aK

8

2 6,2 10aK

133 4,4 10aK

3 4H PO


Disoluciones Disoluciones reguladorasreguladoras


Disoluciones reguladorasDisoluciones reguladoras

• Objetivo: Disoluciones que tengan el pH estable ante posibles adiciones de ácidos y de bases– Disoluciones reguladoras, amortiguadoras o tampón– P.ej., la mayor parte de la vida sólo se puede mantener en rangos

pequeños de pH• En humanos

– pH normal: 7,4 (7,35-7,45)– pH compatible con la vida: (7,0-7,8)

– ¿Qué características deben tener estas disoluciones?• Debe contener cantidades suficientes de un ácido (que neutralice las bases que se

añadan) y de una base (que neutralice los ácidos que se añadan)

• El ácido y la base no deben reaccionar entre si

– un ácido y una base conjugados

– reaccionan (se intercambian H+) pero mantienen sus concentraciones

– ¡Disoluciones de ácidos débiles y de sales suyas con bases fuertes!– o disoluciones de bases débiles y de sales suyas con ácidos fuertes– otras





Disoluciones en las que hay presentes un ácido y una base conjugados

en cantidades considerables de ambos

2 3Ácido BaseH O H O 3[Base][ ]

[Ácido] a

H OK

3

[Ácido][ ]

[Base]aH O K 3

[Ácido]log[ ] log log

[Base]aH O K [Base]log log

[Ácido]aK

Base

Ácido

[Base]log log

[Ácido]a a

npH pK pK

n



¿Cuáles de las siguientes disoluciones son reguladoras del pH? ¿Qué equilibro entre ácido y base conjugados se establece?

NaAc HAc 2Ac H O HAc OH SI

3 3NaNO HNO 3NOes estable (ni ácido ni base) NO

4 3NH Cl NH 4 2 3 3NH H O NH H O

ácidobase

SIácido base

KCl KOH K es estable (ni ácido ni base) NO

2 3 3Na CO NaHCO 23 2 3CO H O HCO OH SI

ácidobase



Amortiguadores (tampones) fisiológicosAmortiguadores (tampones) fisiológicos

Amortiguador proteína (principalmente hemoglobina) [intracelular]

Amortiguador fosfato [intracelular]

Amortiguador bicarbonato [ósea; intra/extracelular]

2 3HHb H O Hb H O ácido base

22 4 2 4 3H PO H O HPO H O

ácido base

2 2 2 3 2 3 32CO H O H CO H O HCO H O ácido base

( )( )w

a ab

KK K HHb

K Hb

82 3 4( ) 6, 2 10a aK K H PO

7,2apK

71 2 3( ) 4, 2 10a aK K H CO

6,4apK

base

ácido

[base]log log

[ácido]a a

npH pK pK

n

Ec. de Henderson-Hasselbach



][Ac[ ]HAc

sc xx

sc

Se establece el equilibrio:

sc]sal[ sc sc

( )acHAc

ac]ácido[

ac ac

[ ]log

[ ]a

AcpH pK

HAc

y ( ) ( ) ( )s ac acNaAc Ac Na

(si )aK

Ejemplo: Disolución amortiguadora de ácido acético y acetato sódico

2 3HAc H O Ac H O x xx

3[ ][ ]

[ ] a

Ac H OK

HAc

Ec. de Henderson-Hasselbach

3

[ ][ ]

[ ]a

HAcH O K

Ac

3

[ ]log[ ] log log

[ ]a

HAcH O K

Ac

[ ]log log

[ ]a

AcK

HAc


log sa

a

cpK

c log Ac

aHAc

npK

n


Preparación de disoluciones reguladorasPreparación de disoluciones reguladoras

1. Elegir un ácido débil con un pKa próximo al valor de pH deseado

2. Las molaridades de la sal y del ácido deben ser mucho mayores que Ka y que Kb (o Kh)

3. La razón entre molaridades de sal y ácido debe estar comprendida entre 0,1 y 10



Preparación de disoluciones reguladorasPreparación de disoluciones reguladoras

Ejemplo: Se dispone de HAc (Ka=1,8x10-5, pKa=4,74) y de HF (Ka=3,5x10-4, pKa=3,45) y de sus respectivas sales sódicas. Se desea preparar 500 ml de una disolución reguladora de pH=5,09. Señala cómo hacerlo.

• Con HAc y NaAc

• log sa

a

cpH pK

c 10 apH pKs

a

c

c 5,09 4,74 0,3510 10 2,24

• p.ej. 0,100ac M 2,24 0,100 0,224sc M M

0,224500 dsln 0,112

1000 dsln

mol NaAcml mol NaAc

ml

0,100500 dsln 0,0500

1000 dsln

mol HAcml mol HAc

ml

2H Ohasta 500ml



Variaciones de pH de disoluciones reguladorasVariaciones de pH de disoluciones reguladoras

Ejemplo: a) ¿Cuánto cambia el pH de 100,0 ml de agua destilada al añadir 1,0 ml de HCl(ac) 0,1 M? b) ¿Y al añadir 1,0 ml de NaOH(ac) 0,1 M?

3 0 0[ ]H O c w c

Inicialmente:

a) + 1,0 ml HCl(ac) 0.1M 40,1 1,09,9 10

101,0M M

4log9,9 10 3,00pH 3,00 7,00 4,00pH

0 0[ ]OH c w c b) + 1,0 ml NaOH(ac) 0.1M 40,1 1,09,9 10

101,0M M

4log9,9 10 3,00pOH 11,00 7,00 4,00pH

11,00pH

7,00pH




[ ] s sAc c x c

[ ] a aAcH c x c xsAcnnn

xaAcH nnn sn

an

Ejemplo: a) ¿Cuánto cambia el pH de 100,0 ml de una disolución tampón de NaAc(0,224 M)/HAc(0,100 M) al añadir 1,0 ml de HCl(ac) 0,1 M? b) ¿Y al añadir 1,0 ml de NaOH(ac) 0,1 M? [HAc (Ka=1,8x10-5, pKa=4,74)]

4,74 log 2,24 5,09pH

Inicialmente:

2Ac H O HAc OH x xx

... 0,0224 mol Ac

... 0,0100 mol HAc

[ ]log log

[ ]Ac

a aHAc

nAcpH pK pK

HAc n

0,224M

0,100M





a) + 1,0 ml HCl(ac) 0.1M:

2Ac H O HAc OH x xx

[ ]log log

[ ]Ac

a aHAc

nAcpH pK pK

HAc n

s x HCl s HClAcn n n n n n

AcH a x HCl a HCln n n n n n

AcHOHAcOH 23

2 3HCl H O H O Cl

0,02234,74 log 4,74 log 2,21 5,08

0,0101pH

0,0001HCln mol HCl

(0,0224 0,0001) 0,0223mol Ac mol Ac

(0,0100 0,0001) 0,0101mol HAc mol HAc

5,08 5,09 0,01pH


0,0224 mol Ac0,0100 mol HAc




b) + 1,0 ml NaOH(ac) 0.1M:

2Ac H O HAc OH x xx

[ ]log log

[ ]Ac

a aHAc

nAcpH pK pK

HAc n

s x NaOH s NaOHAcn n n n n n

AcH a x NaOH a NaOHn n n n n n

2OH HAc H O Ac NaOH Na OH

0,02254,74 log 4,74 log 2,27 5,10

0,0099pH

0,0001NaOHn mol NaOH

(0,0224 0,0001) 0,0225mol Ac mol Ac (0,0100 0,0001) 0,0099mol HAc mol HAc

5,10 5,09 0,01pH


0,0100 mol HAc 0,0224 mol Ac


Capacidad reguladora e intervalo de regulaciónCapacidad reguladora e intervalo de regulación

Capacidad reguladora: cantidad de ácido o base que una disolución reguladora puede neutralizar sin que se produzca una variación grande de pH [experiencia + convenio: se considera una variaciones grandes de pH aquellas que superan una unidad]

log 1s a b

a a b

n n

n n

Intervalo de regulación: intervalo de pH en el que una disolución reguladora neutraliza ácidos y bases manteniendo su poder de regulación

10s a b

a a b

n n

n n

10 10s a b a a bn n n n 10

11a s

a b

n nn

log 1s a b

a a b

n n

n n

1

10s a b

a a b

n n

n n

10 10s a b a a bn n n n 10

11s a

a b

n nn

max 10 , 10

11s a a s

a b

n n n nn

[experiencia + convenio: mantiene su poder regulador si la razón de concentraciones de las formas ácida y base conjugadas se mantiene entre 0,1 y 10]

9

11a b sn n

1 1a apK pH pK [Lectura: Petrucci 18.2]

si s an n

7. equilibrios ácido-base ii

Documents

equilibrio cido

base ii qumica

base ii comportamiento

base ii propiedades

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cido dbillectura

base dbil basecidoph

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