ACIDOS , BASES Y ACIDOS , BASES Y ELECTROLITOSELECTROLITOS

Semana Número 12Nota: diapositivas con imágenes

finamente proporcionadas por la Licda: Lilian Guzmán Melgar

ACIDOS Y BASESACIDOS Y BASESACIDOACIDO

Tiene sabor agrio y Tiene sabor agrio y pueden producir sensación pueden producir sensación

de picazón en la piel. Su de picazón en la piel. Su nombre vienedel latin nombre vienedel latin

acidus = agrioacidus = agrio

Ej. Jugo de limón, vinagre, Ej. Jugo de limón, vinagre, aguas gaseosasaguas gaseosas

BASEBASE

Tiene un sabor amargo y Tiene un sabor amargo y sensación jabonosa en la sensación jabonosa en la

piel.piel.

Ejemplo;: antiácidos, Ejemplo;: antiácidos, limpiavidrios, jabón.limpiavidrios, jabón.

22

33

Definiciones : Definiciones : ARRHENIUSARRHENIUS

ACIDO :ACIDO :Sustancia que Sustancia que produceproduce iones iones hidrogeno (Hhidrogeno (H++) ) cuando se disocia, cuando se disocia, en agua.en agua. El HEl H++ es un protón que en solución acuosa se hidrata y se es un protón que en solución acuosa se hidrata y se convierte en ión Hidronio (Hconvierte en ión Hidronio (H33OO++) .) . HH++ + + HH22OO → → HH33OO++

Ej : HCl , HNOEj : HCl , HNO3 ,, 3 ,, HH22SOSO44 , H , H22COCO33

HCl + HHCl + H22O O → H → H 33OO++(ac) (ac) + Cl + Cl - -

(ac) (ac)

HCl + HHCl + H22O O H+ + Cl H+ + Cl --

BASEBASE Sustancias que liberan, iones Sustancias que liberan, iones hidróxido (OH-), al hidróxido (OH-), al disociarse disociarse en agua. en agua. Ejemplo : NaOH, KOH, Ba(OH)2 Ejemplo : NaOH, KOH, Ba(OH)2 NaOH + H2O → Na+ + OH-NaOH + H2O → Na+ + OH-

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Definiciones :BRONSTED-LOWRYDefiniciones :BRONSTED-LOWRY

ACIDO:ACIDO:Sustancia que Sustancia que donadona un protón , un protón , (ion (ion HH++)) a otra sustancia.a otra sustancia.

BASE: Sustancia que acepta un protónBASE: Sustancia que acepta un protón

HCl + NHHCl + NH33 → NH → NH44++ + Cl + Cl--

ACIDO BASE ACIDO BASE

Note el HCl dona un protón al NH3, el cual lo aceptaNote el HCl dona un protón al NH3, el cual lo acepta

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LEWISLEWIS

ACIDO :ACIDO :Sustancia que puede Sustancia que puede aceptar un par de electrones.aceptar un par de electrones.

BASE: BASE: Sustancia que puede Sustancia que puede ceder un par de electronesceder un par de electrones..

acido Base

acido

En el ejemplo de abajo, el NH3 es la base porque aporta el par de electrones y el BF3 es él ácido por que los acepta

Tabla comparativa de las diferentes Tabla comparativa de las diferentes definiciones de ácido y base.definiciones de ácido y base.

CARACTERISTICAS ACIDOS BASES

ARRHENIUS Libera H+ Libera OH-

BRONSTED & LOWRY DONA H+ ACEPTA H+

LEWIS ACEPTA UN PAR DE ELECTRONES

DONA UN PAR DE ELECTRONES

ELECTROLITOS SI SI

SABOR AGRIO AMARGO

SENSACIÓN Causa picazón JABONOSO, RESBALADIZO

TORNASOL (PAPEL PH) ROJO AZUL

FENOLFTALEINA SIN COLOR FUCSIA

NEUTRALIZACIÓN, NEUTRALIZA BASES NEUTRALIZA ACIDOS

66

77

IONIZACIONIONIZACIONProceso mediante el cual una sustancia Proceso mediante el cual una sustancia se disocia en sus iones respectivos. La se disocia en sus iones respectivos. La ionización puede ser reversible ó ionización puede ser reversible ó irreversibleirreversible

Ejemplo ( ácidos, bases y sales) :Ejemplo ( ácidos, bases y sales) : HCl HCl → H→ H+ + + Cl+ Cl--

KOH KOH → K→ K + + + OH+ OH--

CHCH33COOH ⇄ CHCOOH ⇄ CH33COOCOO-- + H + H++

NHNH33 ⇄ NH⇄ NH44 ++ + OH + OH--

CaClCaCl2 2 Ca Ca +2+2 + 2 Cl + 2 Cl --

88

ELECTROLITOSELECTROLITOSSustancia que en solución acuosa esta Sustancia que en solución acuosa esta disociada en iones y conduce la electricidad.disociada en iones y conduce la electricidad.

FUERTE DEBIL Se disocian al 100%. Buen conductor de la

electricidad La reacción de ionización

ocurre en un solo sentido (irreversible).

KOH → K+ + OH-

H NO3 → H++ NO3 -

Se disocian en un pequeño %. Conduce poco la electricidad. Su reacción de ionización es

reversible y poseen Ka si son ácidos ó Kb si son bases.

C6H5COOH ⇄ H+ + C6H5 COO-

NH3 + H2O ⇄ NH4+ + OH-

Visualización de electrolitos, a través de Visualización de electrolitos, a través de introducir un aparato en el cual se enciende introducir un aparato en el cual se enciende

una bombilla al conducir la electricidaduna bombilla al conducir la electricidadFUERTESFUERTES DEBILESDEBILES

99

1010

NO ELECTROLITONO ELECTROLITO

Sustancias que en estado líquido, Sustancias que en estado líquido, en solución o fundidos en solución o fundidos NONO conducen la conducen la electricidad. ( En éste caso no se enciende electricidad. ( En éste caso no se enciende la bombilla)la bombilla)

Ej : AceiteEj : Aceite•AlcoholAlcohol•GasolinaGasolina•AzúcarAzúcar

azúcar

azúcar

azúcar

azúcar

1111

IONIZACION DEL AGUAIONIZACION DEL AGUA

El agua es mala conductora de electricidad, El agua es mala conductora de electricidad, cuando se halla en forma pura, debido a cuando se halla en forma pura, debido a que se ioniza muy poco.que se ioniza muy poco.

HH22O + HO + H22O O ⇄⇄ H H33OO++ + OH + OH--

A 25°C, en el agua pura: la [ HA 25°C, en el agua pura: la [ H++ ] = [OH ] = [OH--] y ] y tiene el siguiente valor.tiene el siguiente valor.[H[H++] = 0.00000010 = 1 x 10 ] = 0.00000010 = 1 x 10 -7 -7 M M

[OH[OH--] = 0.00000010 = 1 x 10 ] = 0.00000010 = 1 x 10 –– 7 7 MM

1212

Constante de Producto Iónico Constante de Producto Iónico del agua (Kw)del agua (Kw)

Kw = [HKw = [H++] [OH] [OH--]]

Kw = [1.0 x 10 Kw = [1.0 x 10 -7 -7 ] [1x10 ] [1x10 - 7- 7]]

Kw = 1.0 x10 Kw = 1.0 x10 -14-14

KKHH22OO = 1.0 x10 = 1.0 x10 -14-14

1313

¿Cómo influye la adición de un ácido (H¿Cómo influye la adición de un ácido (H++)y de una )y de una base ( OHbase ( OH--) al agua o soluciones acuosas, en ) al agua o soluciones acuosas, en

las concentraciones de iones hidrógeno e las concentraciones de iones hidrógeno e hidroxilo ?hidroxilo ?

Si ↑[ H+ ] [OH-] ↓ hasta que [ H+] [OH-] = 1.0x10 -14

Si ↑[OH -] [H+ ] ↓ hasta que [H+] [OH-] = 1.0x10 -14

1414

En soluciones AcidasAcidas: [H+] >1.0x10 -7

En soluciones AlcalinasAlcalinas:[H+] < 1.0x10 -7

En soluciones Neutras: Neutras: [H+] es igual a 1.0x10 -7

Ej: Una muestra de bilis tiene una [OH-] de

1.0 x10 -5 ¿Cuál es la [H+] ?.

Se usa Kw y se despeja [H+]

Kw [H+] [OH-] = 1 x 10 -14 [ H + ] = 1x 10 -14 / [ OH - ]

[ H + ] = 1 x 10 -14 / 10 x 10 -5 [ H + ] = 1 x 10 -9

1515

ACIDOS Y BASES FUERTES ACIDOS Y BASES FUERTES ACIDOS FUERTES:ACIDOS FUERTES: Son aquellos que se ionizan totalmente en Son aquellos que se ionizan totalmente en

agua(100%) . Tiene una ionización irreversible. agua(100%) . Tiene una ionización irreversible. Ejemplo :Ejemplo :

HClHCl Ácido ClorhídricoÁcido Clorhídrico

HBrHBr Ácido BromhídricoÁcido Bromhídrico

HIHI Ácido YodhídricoÁcido Yodhídrico

HH22SOSO44 Ácido sulfúricoÁcido sulfúrico

HNOHNO33 Ácido NítricoÁcido Nítrico

HClOHClO44 Ácido PerclóricoÁcido Perclórico

1616

ÁCIDOS DÉBILESÁCIDOS DÉBILES Se ionizan en pequeña proporción.Se ionizan en pequeña proporción. Tienen una ionización reversible Tienen una ionización reversible Poseen una constante de ionización (Ka)Poseen una constante de ionización (Ka)

HCHC22HH33OO22 ⇄⇄ H H++ + C + C22HH33OO22--

Ka= Ka= [H[H++] [C] [C22HH33OO22--]]

[HC[HC22HH33OO22] ]

HCOOH Ácido Fórmico C3H5(COOH)3 Ácido Cítrico

H2CO3 Ácido carbónico CH3CHOHCOOH Ácido láctico

1717

BASE FUERTEBASE FUERTE Se ionizan totalmente en agua, (100%)Se ionizan totalmente en agua, (100%) Tiene una ionización irreversibleTiene una ionización irreversible

NaOH Hidróxido de Sodio

KOH Hidróxido de Potasio

1818

BASE DEBILBASE DEBIL Se ionizan parcialmente en agua Se ionizan parcialmente en agua Tienen una ionización reversibleTienen una ionización reversible Poseen una constante de ionización (Kb).Poseen una constante de ionización (Kb).

NHNH44OH OH ⇄ ⇄ NHNH44+ + + OH+ OH--

Kb Kb = [ NH= [ NH44++] [OH] [OH--]]

[NH[NH44OH]OH]

Mg(OH)2 Hidróxido de Magnesio

NH3 Amoniaco

1919

pHpH

El pH es la medida de la concentración de iones hidronio [H3O+ ] ó [ H+] en una solución. Y se calcula:

Ejemplo Calcule el pH de una solución que posee [ H + ] =0. 00065

pH = -log 6.5 x 10 – 4 = 3.18

pH = - log [H+]

2020

1 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14

7

NEUTRO

MAS BASICOMAS ACIDO

El agua pura tiene una [HEl agua pura tiene una [H++] = 1x10 ] = 1x10 -7-7 y un pH 7. y un pH 7. Toda solución Toda solución neutraneutra tiene un pH 7 tiene un pH 7 Toda solución Toda solución ácidaácida tiene un pH tiene un pH menormenor 7 7

Toda solución Toda solución básicabásica tiene un pH tiene un pH mayormayor 7 7

pH de algunas sustanciaspH de algunas sustancias

2121

2222

pOHpOH

Es la medida de la concentración de iones hidroxilo Es la medida de la concentración de iones hidroxilo [OH[OH--]en una solución:]en una solución:

pH + pOH = 14pH + pOH = 14 pH = 14-pOH y pOH = 14-pH pH = 14-pOH y pOH = 14-pH

Eiemplo, si el pH de una solución es 3.2. Cual es el valor de Eiemplo, si el pH de una solución es 3.2. Cual es el valor de el pOH.?el pOH.?

Resp: pH + pOH = 14 Resp: pH + pOH = 14 pOH = 14 – pH pOH = 14 – pHpOH = 14 – 3.2 = 10.8pOH = 14 – 3.2 = 10.8

Ej: Si [OH-] en una solución es 0.05, cuál será el valor del Ej: Si [OH-] en una solución es 0.05, cuál será el valor del pOH. Resp: pOH pOH. Resp: pOH

= -log [ OH-] = -log [ OH-] pOH = -log 0.05 pOH = -log 0.05= 1.30= 1.30

pOH = - log [OH-]

Calculo del valor de [H +] y [OH-] a partir de valores de pH

Use las siguientes fórmulas: [H+] = 10 – pH y [OH -] = 10 - pOH

Ej: Calcule [H+] de una solución cuyo pH es 3.7. Resp: [H+] = 10 -pH = 10 – 3.7 = 0.000199 ó sea

[H +] =1.99 x 10 -4 Ej. Calcule [OH -] si el pOH de una solución es 2.8 Resp: [OH - ] = 10 -pOH = 10 -2.8 = 0.00158 = 1.58 x 10 -3

Procedimiento para calcular pH de ácidos fuertes

Los ácidos fuertes como son la mayoría de hidrácidos y oxácidos monopróticos ( los que poseen un solo hidrógeno : HCl , HNO3, etc ), se ionizan casi en un 100 %, por lo tanto la [ H + ] es igual a la concentración molar del ácido.

EJ # 1 : cual es el pH de una solución de HCl 0.066 M Se considera que la [ H + ] es igual a la [ ácido ] Resp: pH = - log [H + ] pH = - log 0.066 pH = 1.18 Ej: Calcule el pH de una solución de HNO3 0.0035 M

Procedimiento para calcular el pH de bases fuertes

La mayoría de Hidróxidos que poseen un solo radical OH, son bases fuertes , se ionizan casi en un 100 %, por eso la [ OH - ] es

igual a la Molaridad de la base. Ej: Calcule el pH de una solución de NaOH 0.024 M Considere que [OH -] es igual a la [ NaOH ] [ OH -] = 0.024 Resuelva,calculando pOH = -log 0.024 = 1.62, ahora aplique pH + pOH = 14 pH = 14 – pOH

pH = 14 – 1.62 pH = 12.38 . También puede resolverlo aplicando

K w = [ H + ] [ OH -] = 1.0 x 10 – 14, despejar [ H +] [H +] = 1x 10 -14 / [OH] [ H + ] = 1x 10-14 /0.024 = 4.16 x 10 -13

Entonces pH = -log [H +] pH = – log 4.16 x 10 -13

pH = 12.38 Note en ambos procedimientos se llega a la misma respuesta

2626

Resuelve los siguientes ejerciciosResuelve los siguientes ejercicios

Calcular el pH de las sigs, soluciones:Calcular el pH de las sigs, soluciones:

1)1) [H+] = 2.5 x 10 [H+] = 2.5 x 10 -5 -5 4) pOH = 4.24) pOH = 4.2

2)2) NaOH 0.020 M 5) HCl 0.50 MNaOH 0.020 M 5) HCl 0.50 M

3)3) [OH[OH--] = 2.0 x10 ] = 2.0 x10 -8 -8 6) NaOH 0.28M 6) NaOH 0.28M

Calcule la [HCalcule la [H++] y [OH] y [OH--] en soluciones con :] en soluciones con :

7) pH= 5.5 8) pOH = 4 9) pH = 1.87) pH= 5.5 8) pOH = 4 9) pH = 1.8

Expresión de Ka para ácidos débiles y

Kb para bases débiles. Considere el siguiente ácido débil. CH3COOH + H2O * CH3COO - + H + Ka = [CH3COO - ] [ H + ] [ CH3COOH ] Considere la siguiente base débil CH3NH2 + H2O * CH3NH3 + + OH –

Kb = [ CH3NH3 + ] [ OH -]

[ CH3NH2]

* Note no se toma en cuenta la [ H2O] en la Ka y Kb, los productos van en el numerador y el reactivo en el denominador.

2828

% de Ionización en ácidos y bases débiles% de Ionización en ácidos y bases débiles,, como como éstos se ionizan en pequeño porcentaje, se éstos se ionizan en pequeño porcentaje, se

calcula el % de ionización de la siguiente maneracalcula el % de ionización de la siguiente manera

Ácidos Ácidos ::

BasesBases::

% de ionización= [H+] x 100 [ácido]

% de Ionización = [OH-] x 100[base ]

Calcule la [H+], el pH y el % de ionización en una solución 0.3M de

ácido acético ( CH3COOH) con Ka=1.8 x 10 -5.

Resolución:CH3COOH CH3COO- + H+

x xComo NO conocemos el % de ionización, le asignamos el valor de X a cada

una de las especies ionizadas. Entonces

Ka = [CH3COO-] [H+] 1.8 x 10-5 = (x)(x) l.8x10-5 = X2

[CH3COOH ] 0.3 0.3

X 2 = 1.8 x 10 -5 (0.3) X =√ 5.4 x 10 -6 x = 2.32 x 10 -3

Como X = [H+] [H+] = 2.32 x 10 -3

pH = -log [H+] = -log 2.32x10-3 = 2.63 pH = 2.63. También podemos calcular el % de ionización de la sig. Manera:

% ionización = [H+] x100 % ionización = 2.32 x 10 -3 x100 [CH3COOH] 0.3

= 0.77 %

Ejemplo de cómo calcular Ka y pH a partir de el % de ionización.

Calcule Ka y el pH de una solución 0.25 M de ácido fórmico HCOOH si se ioniza en un 6 %.

Resolución a- Escriba reacción de ionización del ácido fórmico:

HCOOH HCOO - + H +

Las concentraciones son [ HCOOH] = 0.25 ( valor ya dado en el problema)

[ HCOO - ] = 6 x 0.25 /100 = 1.5 x 10 - 2 [H+ ] = 6 x 0.25 / 100 = 1.5 x 10 -2

Ka = [ HCOO - ] [ H + ] Ka = (1.5 x 10 -2) ( 1.5 x 10 -2] [ HCOOH ] ( 0.25 ) Ka = 2.25 x 10 – 4

pH = - log [ H + ] pH = - log 1.5 x 10 - 2 = 1.82

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EJERCICIOSEJERCICIOS

1)Para una solución de ácido acético (HC2H3O2) 0.10 M calcular : El % de ionización del ácido acético si la constante de ionización (Ka) del ácido es 1.8x10-5 .

HC2H3O2 ⇄ H+ + C2H3O2-

2) Calcule el pH y % de ionización de una solución de anilina 0.05 M, Kb = 4.5x10-10.

C6H5NH2 ⇄ C6H5NH3+ + OH-

3) ¿Cuál es la Ka y el pH de una solución de Acido fluorhídrico (HF) 0.3 M ionizada un 3.2%?

HF ⇄ H+ + F-

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Comente “quimica verde pág. 299 “Lluvia ácida” y química y salud pág. 302.

“Antiácidos”.