7 Equilibrios cidobase II Qumica 1 S Grado

7. Equilibrios ácido-base II Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II

Contenidos Equilibrios ácido-base II • • Propiedades ácido-base de las sales: hidrólisis. Indicadores ácido-base Reacciones ácido-base. Valoraciones. Disoluciones reguladoras. Capacidad amortiguadora. Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 2

Bibliografía 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 Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 3

Comportamiento ácido-base de los iones: hidrólisis Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II

Sales 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 Como consecuencia, las disoluciones de sales de ácidos fuertes y bases fuertes son neutras • Disolución de una sal de ácido fuerte y base fuerte Iones estables, ni ácidos ni básicos. Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 5

Iones 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 ácido conjugados base es una base [Lectura: Petrucci 17. 7] Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 6

Iones 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 base conjugados ácido es un ácido [Lectura: Petrucci 17. 7] Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 7

Hidrólisis (de sales) Las disoluciones de sales de ácidos débiles o de bases débiles no son neutras: se hidrolizan (Como consecuencia de lo anterior) • Disolución de una sal de ácido débil y base fuerte estable base Ejemplo: p. H de una disolución Na. CN(ac) 0, 20 M. [p. H de una disolución de una base débil] [Lectura: Petrucci 17. 7] Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 8

Hidrólisis (de sales) Las disoluciones de sales de ácidos débiles o de bases débiles no son neutras: se hidrolizan (Como consecuencia de lo anterior) • Disolución de una sal de base débil y ácido fuerte ácido estable Ejemplo: p. H de una disolución NH 4 Cl(ac) 0, 20 M. [p. H de una disolución de un ácido débil] [Lectura: Petrucci 17. 7] Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 9

Hidrólisis (de sales) Las disoluciones de sales de ácidos débiles o de bases débiles no son neutras: se hidrolizan (Como consecuencia de lo anterior) • Disolución de una sal de ácido débil y base débil ácido base p. H ácido o básico dependiendo de la comparación de las fuerzas ácidas y básicas de los dos iones p. H>7 en este caso [Lectura: Petrucci 17. 7] Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 10

Indicadores y valoraciones ácidobase Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II

Indicadores ácido-base • Sustancias cuyo color depende del p. H de la disolución en la que están presentes – ácidos débiles cuyas formas ácida y básica conjugadas tienen colores distintos color A color B viraje color A [Lectura: Petrucci 18. 3] Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 12

5, 3 7, 3 9, 5 11 12, 7 azul de timol azul de bromotimol 4, 1 amarillo Clayton rojo de alizarina 3, 5 amarillo de alizarina azul de bromofenol 1, 6 fenolftaleína naranja de metilo p. Ka rojo de quinaldina Indicadores ácido-base 9, 2 1, 7 [Lectura: Petrucci 18. 3] Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 13

Valoración 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 + H 2 O n. A/n. B = 1 n. A=n. B • ej. 2: 2 A + 3 B → Sal + H 2 O n. A/n. B = 2/3 3 n. A=2 n. B valorante: ej. 2: muestra problema: [Lectura: Petrucci 18. 4] Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 14

Valoración 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 p. H indicado por un p. H-metro. . . Se ha de elegir el indicador de modo que el punto final coincida con el punto de equivalencia [Lectura: Petrucci 18. 4] Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 15

Valoración de un ácido fuerte con una base fuerte Ejemplo: Valoración de 25, 00 ml de HCl(ac) 0, 100 M con Na. OH(ac) 0, 100 M Reacción global: 1) Punto inicial: Disolución de un ácido fuerte 2) Puntos intermedios: Disolución de un ácido fuerte (Reactivo limitante: la base) [Lectura: Petrucci 18. 4] Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 16

Valoración de un ácido fuerte con una base fuerte Ejemplo: Valoración de 25, 00 ml de HCl(ac) 0, 100 M con Na. OH(ac) 0, 100 M 3) Punto de equivalencia: Disolución de una sal de ácido fuerte y base fuerte (Proporciones estequiométricas) 4) Puntos posteriores al pde: Disolución de una base fuerte (Reactivo limitante: el ácido) [Lectura: Petrucci 18. 4] Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 17

Valoración de un ácido fuerte con una base fuerte: curva de valoración Ejemplo: Valoración de 25, 00 ml de HCl(ac) 0, 100 M con Na. OH(ac) 0, 100 M Punto de equivalencia [disolución de una sal de ácido fuerte y base fuerte: p. H=7] Punto final de la valoración con fenolftaleína Punto final de la valoración con rojo de quinaldina [Lectura: Petrucci 18. 4] Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 18

Valoración de un ácido débil con una base fuerte Ejemplo: Valoración de 25, 00 ml de HAc(ac) 0, 100 M con Na. OH(ac) 0, 100 M. Ka(HAc)=1, 8 x 10 -5. Reacción global: 1) Punto inicial: Disolución de un ácido débil 3) Punto de equivalencia: Disolución de una sal de ácido débil y base fuerte (hidrólisis) [Lectura: Petrucci 18. 4] Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 19

Valoración de un ácido débil con una base fuerte: curva de valoración Ejemplo: Valoración de 25, 00 ml de HAc(ac) 0, 100 M con Na. OH(ac) 0, 100 M. Ka(HAc)=1, 8 x 10 -5. Punto de equivalencia [disolución de una sal de ácido débil y base fuerte: p. H>7] Punto final de la valoración con fenolftaleína Punto final de la valoración con azul de bromofenol [Lectura: Petrucci 18. 4] Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 20

Valoración de un ácido poliprótico: H 3 PO 4(ac) con Na. OH(ac) p. H 2 o pde 10. 0 8. 0 6. 0 1 er pde 4. 0 2. 0 0. 0 5. 0 10. 0 15. 0 20. 0 25. 0 V Na. OH(ac) 0. 100 M (ml) 1 er pde 2 o pde 3 er pde [Lectura: Petrucci 18. 4] Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 21

Disoluciones reguladoras Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II

Disoluciones reguladoras • Objetivo: Disoluciones que tengan el p. H 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 p. H • En humanos – p. H normal: 7, 4 (7, 35 -7, 45) – p. H 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 [Lectura: Petrucci 18. 2] Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 23

Disoluciones reguladoras ¿Cuáles de las siguientes disoluciones son reguladoras del p. H? ¿Qué equilibro entre ácido y base conjugados se establece? SI base ácido es estable (ni ácido ni base) NO SI ácido base es estable (ni ácido ni base) NO SI base ácido [Lectura: Petrucci 18. 2] Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 24

Amortiguadores (tampones) fisiológicos Amortiguador proteína (principalmente hemoglobina) ácido [intracelular] base Amortiguador fosfato ácido [intracelular] base Amortiguador bicarbonato ácido [ósea; intra/extracelular] base Ec. de Henderson-Hasselbach Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 25

Disoluciones reguladoras Ejemplo: Disolución amortiguadora de ácido acético y acetato sódico y Se establece el equilibrio: Ec. de Henderson-Hasselbach [Lectura: Petrucci 18. 2] Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 26

Preparación de disoluciones reguladoras 1. Elegir un ácido débil con un p. Ka próximo al valor de p. H 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 [Lectura: Petrucci 18. 2] Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 28

Preparación de disoluciones reguladoras Ejemplo: Se dispone de HAc (Ka=1, 8 x 10 -5, p. Ka=4, 74) y de HF (Ka=3, 5 x 10 -4, p. Ka=3, 45) y de sus respectivas sales sódicas. Se desea preparar 500 ml de una disolución reguladora de p. H=5, 09. Señala cómo hacerlo. • Con HAc y Na. Ac • • p. ej. hasta 500 ml [Lectura: Petrucci 18. 2] Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 29

Variaciones de p. H de disoluciones reguladoras Ejemplo: a) ¿Cuánto cambia el p. H 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 Na. OH(ac) 0, 1 M? Inicialmente: a) + 1, 0 ml HCl(ac) 0. 1 M b) + 1, 0 ml Na. OH(ac) 0. 1 M [Lectura: Petrucci 18. 2] Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 30

Variaciones de p. H de disoluciones reguladoras Ejemplo: a) ¿Cuánto cambia el p. H de 100, 0 ml de una disolución tampón de Na. Ac(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 Na. OH(ac) 0, 1 M? [HAc (Ka=1, 8 x 10 -5, p. Ka=4, 74)] Inicialmente: [Lectura: Petrucci 18. 2] Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 31

Variaciones de p. H de disoluciones reguladoras Ejemplo: a) ¿Cuánto cambia el p. H de 100, 0 ml de una disolución tampón de Na. Ac(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 Na. OH(ac) 0, 1 M? [HAc (Ka=1, 8 x 10 -5, p. Ka=4, 74)] a) + 1, 0 ml HCl(ac) 0. 1 M: [Lectura: Petrucci 18. 2] Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 32

Variaciones de p. H de disoluciones reguladoras Ejemplo: a) ¿Cuánto cambia el p. H de 100, 0 ml de una disolución tampón de Na. Ac(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 Na. OH(ac) 0, 1 M? [HAc (Ka=1, 8 x 10 -5, p. Ka=4, 74)] b) + 1, 0 ml Na. OH(ac) 0. 1 M: [Lectura: Petrucci 18. 2] Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 33

Capacidad 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 p. H [experiencia + convenio: se considera una variaciones grandes de p. H aquellas que superan una unidad] Intervalo de regulación: intervalo de p. H en el que una disolución reguladora neutraliza ácidos y bases manteniendo su poder de regulación [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] [Lectura: Petrucci 18. 2] Química (1 S, Grado Biología, G 12) UAM 2009/10 7. Equilibrio ácido-base II 34