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