PRÁCTICA 7: EQUILIBRIO ÁCIDO-BASE - Pablo de Olavide …

1 FUNDAMENTOS DE QU MICA-PR CTICA 7 1 PR CTICA 7: EQUILIBRIO CIDO- base FUNDAMENTOS Concepto de cido y base Los cidos y las bases constituyen una clase de compuestos qu micos de gran inter s. El concepto de cido y base ha evolucionado a lo largo del desarrollo de la qu mica. Una primera definici n de estos compuestos fue dada por Arrhenius: cido: Toda sustancia que al disolverse en agua cede iones H+. base : Toda sustancia que al disolverse en agua cede iones OH-. El criterio limitaba las reacciones cido- base a sistemas en los que el agua fuese el disolvente; adem s no explicaba el car cter cido o b sico de muchas sustancias que no son compuestos hidrogenados o hidroxilados.

2 Una nueva definici n de estos t rminos, m s general y que permit a establecer una comparaci n entre las fuerzas de los mismos fue dada por Br nsted y Lowry independientemente en 1923. cido: Sustancia capaz de ceder protones base : Sustancia capaz de aceptar protones Esto se representa por la siguiente ecuaci n: cido 1 base 1 + H+ Los protones no pueden existir libres en disoluci n. La reacci n s lo tiene lugar si hay otra sustancia capaz de aceptarlos: base 2 + H+ cido 2 La ecuaci n estequiom trica del proceso cido- base real se obtiene combinando las dos ecuaciones anteriores. cido 1 + base 2 base 1 + cido 2 A los sistemas cido1/Base1 y cido2/Base2 se les denomina pares cido- base conjugados.

3 Una reacci n cido- base es un proceso de transferencia de protones entre dos pares conjugados. Seg n el sistema de Br nsted-Lowry, la fortaleza de un cido se FUNDAMENTOS DE QU MICA-PR CTICA 7 2mide por sus tendencias a donar un prot n, mientras que la de una base se mide por su tendencia a aceptar un prot n. Una definici n m s amplia fue dada por Lewis, tambi n en 1923. Seg n este cient fico, cido es una especie con un orbital vacante, capaz de aceptar un par de electrones, y base es una especie que puede donar un par electr nico para formar un enlace covalente coordinado. Esta definici n es m s general y permite clasificar como cidos o bases muchas sustancias que no quedan incluidas en las anteriores definiciones.

4 No obstante, para sistemas acuosos se emplea normalmente la definici n de Br nsted-Lowry y sta es la que se considerar en este trabajo pr ctico. Concepto de pH Una de las propiedades m s importantes de una disoluci n acuosa es su concentraci n en ion hidr geno, que se representa por H+ o H3O+ . Este ion ejerce un gran efecto sobre la solubilidad de muchas especies inorg nicas y org nicas, sobre la naturaleza de especies y complejos cati nicos presentes en una disoluci n, y sobre la velocidad de muchas reacciones qu micas llevadas a cabo en este medio. La concentraci n de ion H+ se expresa mediante el pH de la disoluci n, que se define por la siguiente expresi n aproximada (una definici n rigurosa del pH deber a hacerse en t rminos de actividades): pH = -log [H+] , donde [H+] es la concentraci n del ion En disoluciones acuosas se cumple siempre la siguiente relaci n para el producto i nico del agua KW: [H+] [OH-] = KW = 10-14 a 25 oC En disoluciones neutras [H+] = [OH-] y, por tanto, seg n la ecuaci n anterior, su pH ser igual a 7.

5 Las disoluciones en las que [H+] > [OH-] se llaman disoluciones cidas y tendr n pH < 7; aquellas en las que [H+] < [OH-] se llaman disoluciones b sicas y tendr n un pH > 7. Medida del pH a) Mediante indicadores. Un indicador cido- base es, en general, un cido d bil o una base d bil que presenta colores diferentes en su forma disociada y sin disociar. Este cambio de color va asociado a un cambio de estructura. Imaginemos un indicador que sea un cido d bil, al que gen ricamente representamos por HIn, y que en esta forma presenta un color al que denominamos A, mientras que en forma ionizada In- presenta un color B.

6 El color de la disoluci n que contiene al indicador depender de la concentraci n relativa entre las formas disociada y sin disociar. Para el proceso: HIn + H2O In- + H3O+ FUNDAMENTOS DE QU MICA-PR CTICA 7 3 [][][]HInOHInK3-+ = ; [][][]KOHInHIn3-+= En general, el ojo humano es capaz de distinguir netamente cada uno de los colores cuando la concentraci n de una de las formas es aproximadamente 10 veces la concentraci n de la otra, es decir, si: [][]10 HInIn- la disoluci n presenta color B [][] la disoluci n presenta color A [][] la disoluci n presenta un color intermedio entre A y B que se modifica gradualmente El cambio neto de color del indicador se denomina viraje, y el intervalo de pH en el que se produce el cambio de color se denomina intervalo de viraje.

7 Para un indicador dado este intervalo de viraje ser a: [][] +=HInInlogpKpH- color B [][]10 HInIn-= pH = pK + 1 color A [][] pH = pK - 1 luego el intervalo de viraje corresponder a pH = pK 1 b) Mediante un aparato llamado pH-metro. Este consta de dos electrodos que se sumergen en la disoluci n en estudio. El potencial de uno de ellos, electrodo indicador, depende del valor del pH del medio, mientras que el potencial del otro, electrodo de referencia, es fijo. El potencial entre los dos electrodos est relacionado, por tanto, con el pH.

8 El pH-metro est dise ado de forma que la lectura en la escala representa directamente el pH de la disoluci n, para lo cual es necesario hacer un calibrado previo con una sustancia de pH conocido. Un pH-metro proporciona una medida del pH m s precisa que la obtenida con un indicador. FUNDAMENTOS DE QU MICA-PR CTICA 7 4pH de disoluciones acuosas 1. cidos y bases cidos y bases fuertes son aquellos que en disoluci n acuosa experimentan una ionizaci n completa en disoluciones diluidas. Como ejemplos t picos podemos citar el cido clorh drico y el hidr xido de sodio.

9 Reciben el nombre de cidos y bases d biles aquellos que en disoluci n acuosa experimentan una disociaci n incompleta excepto a diluci n infinita, como por ejemplo el cido ac tico. El EQUILIBRIO de ionizaci n de un cido d bil en disoluci n acuosa se representa: AH A- + H+ y en el EQUILIBRIO se cumple: [][][]AHHAK-A+ = [][][]-AAAHKH=+ siendo KA una constante caracter stica del cido d bil. 2. Sales La acidez o basicidad de las disoluciones de diferentes sales en agua se puede interpretar en funci n de su disociaci n completa para formar iones libres que presentan propiedades de cido o base .

10 Las bases conjugadas de los cidos d biles y los cidos conjugados de las bases d biles reaccionan con el agua modificando el pH de sta. En el primer caso dan car cter b sico, y en el segundo car cter cido. Esta reacci n del i n con el agua recibe el nombre de hidr lisis. As , el ani n A- (por ejemplo, el i n acetato) procedente de un cido d bil (por ejemplo el cido ac tico) da la siguiente reacci n con agua Y el cati n B+ (por ejemplo el i n amonio) procedente de una base d bil (por ejemplo el amoniaco) da la siguiente reacci n con agua: Supongamos que queremos conocer el pH resultante al disolver una sal AX, siendo AH un cido d bil.