1. conceptos de ácido y base

REACCIONES ÁCIDO-BASE
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Conceptos de ácido y base.
Fuerzas de ácidos y bases.
Concepto de pH.
Hidrólisis.
Disoluciones reguladoras.
Volumetrías ácido-base.
Indicadores.
Química 2º bachillerato
Reacciones ácido-base
1
0. CONOCIMIENTOS PREVIOS
Los conocimientos previos que son necesarios
dominar y ampliar son:
• Los iones.
• El enlace covalente e iónico.
• El equilibrio.
• La constante de equilibrio.
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2
1. CONCEPTOS DE ÁCIDO Y BASE
BASES:
ÁCIDOS:
• Tienen sabor agrio.
• Son corrosivos para la
piel.
• Enrojecen ciertos
colorantes vegetales.
• Atacan a los metales
desprendiendo H2.
• Disuelven sustancias
• Pierden sus propiedades
al reaccionar con bases.
Química 2º bachillerato
• Tiene sabor amargo.
• Suaves al tacto pero
corrosivos con la piel.
• Dan color azul a ciertos
colorantes vegetales.
• Precipitan sustancias
disueltas por ácidos.
• Disuelven grasas.
• Pierden sus propiedades al
reaccionar con ácidos.
Reacciones ácido-base
3
1. CONCEPTOS DE ÁCIDO Y BASE
Según la teoría de Arrhenius:
•Ácido: sustancia que al disolverse en una disolución acuosa
se disocia produciendo protones (H+) y aniones (iones
negativos).


HA 

H

A
H 2O
•Base: sustancia que al disolverse en una disolución acuosa
se disocia produciendo hidróxilos (HO-) y cationes (iones
positivos).


BOH 
 B  HO
H 2O
La neutralización (reacción entre un ácido y una base) sería:
H   HO  H 2O
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4
1. CONCEPTOS DE ÁCIDO Y BASE
Según la teoría de Brönsted-Lowry:
•Ácido: sustancia que cede protones (a una base).
•Base: sustancia que acepta protones (a un ácido)
La neutralización es una reacción de transferencia de
protones (surge la idea del par ácido-base conjugado):
HA  B  A  HB
En una disolución acuosa tengo:
A1  B2  B1  A2
HA  H 2O  A  H 3O 
B   H 2O  BH  HO 
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Reacciones ácido-base
5
1. CONCEPTOS DE ÁCIDO Y BASE
Los ácidos pueden ser:
•
Monoprótico (ceden un protón).
•
Diprótico (ceden dos protones).
…
•
Poliprótico (ceden n protones).
Los iones que encontramos son:
•
H3O+ iones hidronio u oxonio.
•
HO- iones hidróxido, oxidrilo o hidróxilo.
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6
1. CONCEPTOS DE ÁCIDO Y BASE
Según la teoría de Lewis:
•Ácido: sustancia capaz de aceptar y compartir un par de e(aportados por una base).
•Base: sustancia capaz de ceder y compartir un par de e(aceptados por un ácido).
La reacción de neutralización consiste en la formación de un
enlace covalente coordinado:


H  H O  H O  H
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Reacciones ácido-base
7
1. CONCEPTOS DE ÁCIDO Y BASE
Una sustancia anfótera es una sustancia capaz de
comportarse como ácido y como base en función de
con quién reaccione.
HO
HO
C
C
CH2
O
C
O
+ H2O
-
O
C
O
HO
+
HO
-
C
-
C
CH2
O
OH
O
O
C
CH2
O
-
+
H2O
O
CH2
O
C
O
O
-
+
H3O
+
HA  H 2O  A  H 3O 
B   H 2O  BH  HO 
Química 2º bachillerato
Reacciones ácido-base
8
1. CONCEPTOS DE ÁCIDO Y BASE
Un anfolito es una sustancia capaz de
experimentar simultáneamente dos disociaciones
electrolíticas
de
signo
contrario,
actúa
simultáneamente como un ácido y como una base.
O
O
C
OH
R HC
C
O
-
R HC
NH2
+
NH3

H 2O  H 2O  H3O  HO
Química 2º bachillerato
Reacciones ácido-base
9

1. CONCEPTOS DE ÁCIDO Y BASE
Química 2º bachillerato
Reacciones ácido-base
10
EJERCICIO-EJEMPLO
a) Aplicando la teoría de Brönsted-Lowry y la
de Arrhenius, explique razonadamente,
utilizando
las
ecuaciones
químicas
necesarias, si las siguientes especies
químicas se comportan como ácidos o como
bases: KOH, NH3, CH3-COOH, CN–, HCO3–.
b) Señale en cada caso la base o el ácido
conjugado.
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11
RELACIÓN DE EJERCICIOS
ÁCIDOS Y BASES
Química 2º bachillerato
Reacciones ácido-base
12
2. FUERZAS DE ÁCIDOS Y BASES
Para un ácido tengo:
HA  H 2O  A  H 3O
 A   H 3O  
Ke  Ka 
 HA
•Un ácido fuerte está
completamente disociado en
una disolución diluida (↑Ka,
α≈1).


HA 

H

A
H 2O
•Un
ácido
débil
está
parcialmente disociado en
una
disolución
diluida
(↓Ka,α<1) . Pueden ser
fuertes o débiles.


HA 

H

A
H 2O
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c
-
-
-
c
c
c
-
-
c-x
X
X
c(1-α) c α
Reacciones ácido-base
cα
13
2. FUERZAS DE ÁCIDOS Y BASES
Ácido fuerte
[HA]
[A–]
Ácido débil
[H+]
[HA]
[HA]
[A–]
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[H+]
14
2. FUERZAS DE ÁCIDOS Y BASES






HO
B
Para un base tengo:




 K e  Kb 
B  H 2O  BH  HO
 BOH 
•Una base fuerte está
completamente disociado en
una disolución diluida (↑Kb,
α≈1).
•Una base débil está
parcialmente disociado en
una disolución diluida (↓Kb,
α<1) . Pueden ser fuertes o
débiles.
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

BOH 

B

HO
H 2O
c
-
-
-
c
c


BOH 

B

HO
H 2O
c
-
-
c-x
X
X
c(1-α) c α
Reacciones ácido-base
cα
15
2. FUERZAS DE ÁCIDOS Y BASES
Cuanto más fuerte sea un ácido más débil
será su base conjugada (y viceversa).
H 2O  H 2O  H 3O   HO 
HA  H 2O  A  H 3O 
A   H 2O  HA  HO 
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K w   H 3O    HO    1014
 A   H 3O   

Ka 
 HA 
 K a  Kb  K w

 HA  HO  
Kb 

 A 

Reacciones ácido-base
16
2. FUERZAS DE ÁCIDOS Y BASES
El grado de disociación (α) es el cociente
entre los moles que se han disociado y los
moles iniciales de soluto. Es el tanto por uno
de los moles que reaccionan.
Varía entre o (una reacción nula) y 1 (una
reacción total), aunque a veces se da como un
%.
El grado de disociación puede variar en
función del disolvente.
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Reacciones ácido-base
17
2. FUERZAS DE ÁCIDOS Y BASES
Un ácido fuerte es aquel que, en disolución acuosa, está totalmente disociado. Un ácido
débil es aquel que, en disolución acuosa, está parcialmente disociado. Es análogo para las
bases.
Cuando hablamos de un ácido fuerte donde su base conjugada es débil se refiere aun ácido
fuerte entre los débiles (ya que uno fuerte de verdad no da la reacción inversa de su
base). Es análogo para las bases.
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18
2. FUERZAS DE ÁCIDOS Y BASES
ÁCIDOS
FUERTES
BASES FUERTES
HCl
Hidróxidos del grupo
1
HBr
LiOH NaOH KOH
RbOH CsOH
HI
HNO3
Hidróxidos del grupo
2 (excepto Be)
H2SO4
Mg(OH)2 Ca(OH) 2
Sr(OH) 2 Ba(OH) 2
HClO4
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Reacciones ácido-base
19
EJERCICIO-EJEMPLO
Calcula la concentración de protones y de
iones hidroxilos de las siguientes
disoluciones:
a) 250 ml de HCl 0,1 M
b) 250 ml de HClO 0,1 M si su Ka = 3,2 ·
10–8
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20
RELACIÓN DE EJERCICIOS
FUERZAS DE ÁCIDOS Y
BASES
Química 2º bachillerato
Reacciones ácido-base
21
3.CONCEPTO DE pH
El pH es una forma de medir la concentración de protones
de forma sencilla:

pH   log  H 3O  

 pH  pOH  14

pOH   log  HO  

La disolución puede ser:
[H3O+] < [HO-]
pH > 7
pOH < 7
•Neutra: [H3O+] = [HO-]
pH = 7
pOH = 7
[H3O+] > [HO-]
pH < 7
pOH > 7
•Básica:
•Ácida:
.
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22
3.CONCEPTO DE pH
Las concentraciones de protones
y de iones hidróxilos son
inversas.
En realidad nos referimos al tipo
de iones que predominan en la
disolución (siempre hay de los
dos presentes), cuanto de más
hay de uno respecto del otro.
Al igual que el pH también tengo:
pK=-log(K)
Las disoluciones básicas también
se denominan alcalinas.
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23
3.CONCEPTO DE pH
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Reacciones ácido-base
24
EJERCICIO-EJEMPLO
En un laboratorio se dispone de cinco matraces que contiene cada
uno de ellos disoluciones de las que se tiene la siguiente
información:
a)
b)
c)
d)
e)
pH = 7
[H3O+] = 10–3
pOH = 2
[OH–] = 10–6
pH = 1.
Ordena dichos matraces de mayor a menor acidez.
Realizar una tabla indicando el pH, el pOH y las concentraciones de
protones y de iones hidroxilos de cada apartado.
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Reacciones ácido-base
25
EJERCICIO-EJEMPLO
Se sabe que 100 ml de una disolución de
ácido oxoclorico (I) (hipocloroso) que
contiene 1,05 gramos, tiene un pH de 4,1.
Calcula:
a) La constante de disociación del ácido.
b) El grado de disociación.
Masas atómicas: Cl: 35,5; O: 16; H: 1.
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Reacciones ácido-base
26
EJERCICIO-EJEMPLO
A 25ºC una disolución 0,1 M de amoniaco
tiene un pH de 11,12. Determina la
constante de basicidad del amoniaco y
la de acidez del ion amonio.
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Reacciones ácido-base
27
RELACIÓN DE EJERCICIOS
pH
Química 2º bachillerato
Reacciones ácido-base
28
4. HIDRÓLISIS
Toda sal procede de una combinación de ácido con
una base:
HA  BOH  AB  H 2O
La hidrólisis es el proceso por el cual iones de una
sal reaccionan con las moléculas de agua para
regenerar el ácido o la base con la que están
emparentados:



A  H 2O  HA  HO

 
AB 
A B  
H 2O


 B  H 2O  BOH  H
Química 2º bachillerato
Reacciones ácido-base
29
4. HIDRÓLISIS
En la hidrólisis puedo encontrar diversos casos según la naturaleza de la
sal:
• Sal procedente de un ácido fuerte y de una base fuerte:
La disolución es neutra.
• Sal procedente de un ácido fuerte y de una base débil:
La disolución es ácida.
• Sal procedente de un ácido débil y de una base fuerte:
La disolución es básica.
• Sal procedente de un ácido débil y de una base débil:
La disolución depende del valor de las constantes.
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Reacciones ácido-base
30
4. HIDRÓLISIS
Sal procedente de un ácido fuerte y de una
base fuerte: la disolución es neutra.

 A  H 2O  HA  HO
AB 
A B  
H 2O


 B  H 2O  BOH  H


Química 2º bachillerato


Reacciones ácido-base
31
4. HIDRÓLISIS
Sal procedente de un ácido fuerte y de una
base débil: la disolución es ácida.

 A  H 2O  HA  HO
AB 
A B  
H 2O


 B  H 2O  BOH  H



KH 
Química 2º bachillerato



BOH
H
O

  3 
Reacciones ácido-base
 B 

 Ka
32
4. HIDRÓLISIS
Sal procedente de un ácido débil y de una
base fuerte: la disolución es básica.



A  H 2O  HA  HO

 
AB 
A B  
H 2O


 B  H 2O  BOH  H
 HO    AH 
KH 

K
b

 A 
Química 2º bachillerato
Reacciones ácido-base
33
4. HIDRÓLISIS
Sal procedente de un ácido débil y de una
base débil: la disolución depende del valor
de las constantes.



A  H 2O  HA  HO

 
AB 
A B  
H 2O


 B  H 2O  BOH  H
Química 2º bachillerato
Reacciones ácido-base
34
4. HIDRÓLISIS
•
Sales procedentes de un ácido
fuerte y una base fuerte
•
- Como por ejemplo: NaNO3 o
CaCl2.
- Ni el anión ni el catión
experimentan hidrólisis.
- Sus disoluciones son neutras
(pH=7).
•
Sales procedentes de un ácido
débil y una base fuerte
- Como por ejemplo: Na2CO3 o
KCN.
- Sólo se hidroliza el anión, dando
iones OH-.
- Sus disoluciones son básicas
(pH>7).
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Sales procedentes de
fuerte y una base débil
un
ácido
- Como por ejemplo: NH4NO3 o FeCl3.
- Sólo se hidroliza el catión, dando
iones H3O+.
- Sus disoluciones son ácidas (pH>7).
•
Sales procedentes de un ácido débil
y una base débil
- Como por ejemplo: NH4CN o CaCl2.
- Se hidrolizan tanto el anión como el
catión.
- La disolución es ácida o básica según
qué ion se hidrolice en mayor grado.
Reacciones ácido-base
35
EJERCICIO-EJEMPLO
Cómo será el pH de una disolución de 150
ml de NaClO 0,1 M. ¿Cuánto valdrá? Ka
(HClO) = 3,2·10–8
Calcula el pH de una disolución 0,7 M de
KCN sabiendo que Ka de HCN es de
7,2·10–10 .
Química 2º bachillerato
Reacciones ácido-base
36
RELACIÓN DE EJERCICIOS
HIDRÓLISIS
Química 2º bachillerato
Reacciones ácido-base
37
5. DISOLUCIONES REGULADORAS
Una disolución reguladora, amortiguadora, buffer o tampón son
soluciones resistentes a la variación de pH, varían muy poco su pH
cuando se les añade una pequeña cantidad de un ácido o una base.
Según de lo que partimos hay dos tipos:
•Partimos de un ácido débil y sal (proporciona su base conjugada y
procede de una base fuerte):
  sal 0 
pH  pK a  log 
  acido  
0 

•Partimos de una base débil y sal (proporciona su ácido conjugado y
procede de un ácido fuerte):
  sal 0 
pOH  pKb  log 
 base 
0 

Química 2º bachillerato
Reacciones ácido-base
38
5. DISOLUCIONES REGULADORAS
© Ed. Santillana
Química 2º bachillerato
Reacciones ácido-base
39
EJERCICIO-EJEMPLO
¿Cuál será el pH de una disolución formada
por 100 ml de acetato sódico 0,250 M,
25 ml de ácido acético del 12 % y
g/ ,
densidad
1,06
y
cantidad
ml
suficiente de agua para completar
250 ml?
Masas atómicas: Na: 23; C: 12; 0:16; H: 1;
Ka (CH3COOH) = 1,8· 10–5.
Química 2º bachillerato
Reacciones ácido-base
40
RELACIÓN DE EJERCICIOS
TAMPONES
Química 2º bachillerato
Reacciones ácido-base
41
6. VOLUMETRÍAS ÁCIDO-BASE
Una volumetría o valoración es el proceso por el
cual se determina la concentración de un ácido
o de una base a través de la reacción de
neutralización con otra disolución de
concentración conocida (de una base o de un
ácido respectivamente).
En la reacción de valoración el número de
equivalentes del ácido y de la base tienen que
ser el mismo.
Química 2º bachillerato
Reacciones ácido-base
42
6. VOLUMETRÍAS ÁCIDO-BASE
La normalidad de la disolución es una concentración que
nos indica el número de equivalentes de soluto por
litro de disolución.
El equivalente es una medida de cantidad de sustancia
que nos indica la reactividad de la sustancia.
Su valencia depende del número de iones que utilice en la
reacción específica (y no del número de iones totales
que pueda llegar a utilizar).
Química 2º bachillerato
Reacciones ácido-base
43
6. VOLUMETRÍAS ÁCIDO-BASE
El procedimiento consiste en:
1. Medir con exactitud el volumen de la disolución de
concentración desconocida.
2. Añadir el indicador o pHmetro.
3. Añadir, gota a gota, la disolución de concentración
conocida hasta el viraje (punto final o punto de
equivalencia) del indicador o pHmetro.
4. Medir el volumen gastado de la disolución conocida.
Química 2º bachillerato
Reacciones ácido-base
44
6. VOLUMETRÍAS ÁCIDO-BASE
pH
12
10
8 Zona de viraje fenolftaleína
6
4
2
20
Química 2º bachillerato
40
Reacciones ácido-base
60
V NaOH(ml)
45
6. VOLUMETRÍAS ÁCIDO-BASE
Los cálculos estequiométricos que hay que
realizar son:
m  H n A  n  B  OH m  Am Bn   m  n  H 2O
VA  N A  VB  N B
Química 2º bachillerato
 eqA  eqB
Reacciones ácido-base
46
6. VOLUMETRÍAS ÁCIDO-BASE
Las valoraciones ácido-base se basan en un cambio brusco de pH que
tiene lugar en las inmediaciones del punto de equivalencia.
El pH del punto de equivalencia depende de las especies presentes.
El pH en el punto de equivalencia no es necesariamente 7
Química 2º bachillerato
Reacciones ácido-base
47
6. VOLUMETRÍAS ÁCIDO-BASE
Química 2º bachillerato
Reacciones ácido-base
48
6. VOLUMETRÍAS ÁCIDO-BASE
Química 2º bachillerato
Reacciones ácido-base
49
EJERCICIO-EJEMPLO
Determinar la concentración de una
disolución de 15 ml de ácido clorhídrico
valorada usando rojo de metilo con una
disolución 0.01 M de amoniaco donde se
han gastado 272 ml.
Masas atómicas: H:1; O:16; N:14: Cl:35.5.
Química 2º bachillerato
Reacciones ácido-base
50
EJERCICIO-EJEMPLO
250 ml de ácido nítrico concentrado del 32 %
y densidad 1,19 g/ml, se colocan en un
matraz aforado de 1 litro y se añade agua
destilada hasta enrasar. ¿Cuántos ml de la
disolución diluida de ácido nítrico serán
necesarios para neutralizar 50 ml de una
disolución de NaOH cuyo pH es 13,93?
Masas atómicas: H: 1; O: 16; N: 14.
Química 2º bachillerato
Reacciones ácido-base
51
7. INDICADORES
Un indicador es un ácido o una base débil que se
caracteriza por tener distinto color en torno a
pH=pKin por lo que debe escogerse el indicador cuyo
punto final esté próximo al punto de equivalencia de la
valoración.
El indicador apropiado para una valoración será aquel que
cambie de color en el intervalo de pH donde está el
punto de equivalencia.
El pHmetro es un instrumento capaz de medir el pH y
sus cambios.
Química 2º bachillerato
Reacciones ácido-base
52
7. INDICADORES
In- (aq) + H3O+ (aq)
Forma básica (color 2)
HIn (aq) + H2O (l)
Forma ácida (color 1)
La constante de acidez del indicador es:
KIn =
[In-] [H3O+]
[HIn]

[HIn]
[H3O+]
=
[In-]
KIn
Con esta expresión se puede interpretar el “color” que presentará el indicador según
el pH de la disolución. Así se tiene que cuando la concentración de H3O+ :
• Sea mayor que K In
pH << pK In
[HIn] >> [In-]  Color de la forma ácida
• Sea menor que K In
pH >> pK In
[HIn] << [In-]  Color de la forma básica
• Sea igual que K In
Química 2º bachillerato
pH = pK In
[HIn] = [In-]  Color intermedio
Reacciones ácido-base
53
7. INDICADORES
La zona de viraje de un indicador es: pH = pK ± 1
EJEMPLOS DE INDICADORES ÁCIDO-BASE
Nombre del indicador
Azul de timol
Color forma Color forma
ácida
básica
Rojo
Amarillo
Rango pH de
cambio color
1,2-2,8
pKin
1,7
Naranja de metilo
Rojo
Amarillo
3,2-4,2
3,4
Rojo de metilo
Rojo
Amarillo
4,8-6,0
5,0
Tornasol
Rojo
Azul
5,0-8,0
6,5
Azul de bromotimol
Amarillo
Azul
6,0-7,6
7,1
Azul de timol
Amarillo
Azul
8,0-9,6
8,9
Fenolftaleína
Incoloro
Rosa
8,2-10,0
9,4
Rojo
Púrpura
11,0-12,4
11,7
Alizarina
Química 2º bachillerato
Reacciones ácido-base
54
RELACIÓN DE EJERCICIOS
VOLUMETRÍAS
Química 2º bachillerato
Reacciones ácido-base
55