7311811 Cap 10 Equilibrio Ionico

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Equilibrio Inico

Carlos Silva Pradel

Equilibrio InicoDefinicin: Es el equilibrio que envuelve iones en solucin (en este caso en Definici soluci solucin acuosa). soluci Conceptos previos: previos: Electrolito: es una sustancia que en estado fundido o en solucin acuosa Electrolito: soluci tiene la propiedad de conducir la corriente elctrica. Tal es el caso de los el cidos, bases y sales. La mayora de los electrolitos pueden ser clasificados como Electrolitos mayor Fuertes o Dbiles, los primeros totalmente disociados en iones y los biles, segundos slo en una pequea extensin. Esta distincin no sirve en s peque extensi distinci soluciones muy diluidas, porque mientras la concentracin de un soluto concentraci disminuye su porcentaje de disociacin aumenta. disociaci

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Equilibrio InicoEn soluciones muy diluidas, an los electrolitos dbiles se comportan como a d electrolitos fuertes. Las sustancias que en estado fundido o en solucin soluci acuosa no conducen la corriente elctrica se llaman No- Electrolitos. el No- Electrolitos. Tales son los compuestos orgnicos principalmente, los cuales no se disocian org en iones. En trminos de ecuaciones qumicas se podra resumir lo dicho de t qu podr la siguiente manera:AB(s) + H2 O(l) E.Fuerte XY(s) + H2O(l) E.Dbil A+

(ac)

+

B

(ac)

X

+

(ac)

+ Y

(ac)

HC(s) + H2O(l) No-Electrolito

HC(ac)

Clasificacin de los ElectrolitosLos Electrolitos Fuertes se clasifican principalmente en cidos, Bases y Sales. Entre los cidos Fuertes se tiene el HClO4, H2SO4, HNO3, HCl, HBr, Sales. HCl, HBr, HI. Entre las Bases Fuertes se tiene al LiOH, NaOH, KOH, Ca(OH)2. LiOH, NaOH, Ca(OH) Tambin Na2O, CaO, KNH2. Tambi CaO, Las sales prcticamente todas son Electrolitos Fuertes a excepcin de pr excepci algunas como el HgCl2 y el CdBr2. Los Electrolitos Dbiles se clasifican en cidos, Bases, Complejos y D otros. Los cidos Dbiles son la mayora de los cidos, especialmente los otros D mayor cidos orgnicos. Entre las Bases Dbiles est el NH3 y las bases orgnicas org D est org nitrogenadas especialmente (N2H4, CH3-NH2, C6H5-NH2, etc.). Los Complejos son un grupo muy grande de compuestos asociados con los elementos de elementos transicin. En otros est un compuesto muy importante como es el H2O y transici otros est que se comporta como cido o base dbil (anfolito). d

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Clasificacin de los ElectrolitosEjemplos: Ejemplos: 1. Si usted tiene una solucin de NaCl 0,01M Cul es la concentracin de soluci Cu concentraci Na+ y Cl? Como es una sal hay un 100% disociacin disociaci

H2O

NaCl 0,01M

Na+ (ac) + Cl (ac) 0,01M 0,01M

+ Por lo tanto [Na ] = 0,01M y [Cl] = 0,01M

Clasificacin de los ElectrolitosEjemplos: Ejemplos: 2. En una solucin de K2SO4 0,015M Cul es la concentracin de K+ y soluci Cu concentraci SO42? Como es una sal, hay 100% disociacin. disociaci

K2SO4 0,015 M+

2K + 2(0,015)M

+

SO 4 0,015 M2

2

Por lo tanto [K ] = 0,030M y [SO4 ] = 0,015M

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Clasificacin de los ElectrolitosEjemplos: Ejemplos: 3. Si usted agrega 0,0141 mol de KAl(SO4)2 a una cantidad de agua para hacer 250 mL de solucin. Cul es la concentracin molar de cada in? soluci Cu concentraci i

250 mL 1000 mL

=

0,0141 mol x

x = 0,0564M

Luego como es una sal, est 100% disociada KAl(SO4)2 0,0564M+

K

+

+

Al

3+

+

2SO4

2-

0,0564M3+

0,0564M2

2(0,0564)M

Por lo tanto [K ] = 0,0564M; [Al ]= 0,0564M y [SO4 ] = 0,1128M

Conceptos de cido y basea) Concepto de Arrhenius (1884): Los cidos son sustancias que producen iones hidrgeno en solucin hidr soluci Acuosa y bases son sustancias que proporcionan iones oxhidrilo en solucin acuosa. soluci Ejemplo: HCl NaOHH2 O

H+ Na+

+ +

ClOH

H2 O

La reaccin de neutralizacin corresponde a: reacci neutralizaci H+ + OH H2O La definicin de Arrhenius presenta algunas limitaciones: definici - Existencia del protn hidratado (o ion hidronio): H3O+ no se indica. prot hidronio): - Hay sustancias que actan como bases y no tienen OH act

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Conceptos de cido y baseb) Concepto de Brnsted-Lowry (1923): Brnsted- cido es toda sustancia que puede donar protones. protones. - Base es toda sustancia que puede aceptar protones. protones. Ejemplo: HCl(g) + HCl(g) cido1 NH3(g) + base1 H2O(l) base2 H2O(l) cido2 H3O+(ac) ac) cido2 NH+4(ac) cido1 + Cl(ac) base1 OH(ac) (ac) base2

+

Los pares HCl/Cl, H3O+/H2O, NH4+/NH3, H2O/OH, que difieren slo en un HCl/ s protn se llaman pares cido-Base conjugados. prot cidoconjugados. El concepto de Brnsted-Lowry es ms general que el de Arrhenius porque Brnstedm permite tratar reacciones en solventes protnicos no-acuosos como, por prot noejemplo, en amonaco lquido o cido sulfrico. amon l sulf

Conceptos de cido y basec) Concepto de Lewis (1923) cido es toda sustancia que puede aceptar un par de electrones. electrones. Base es toda sustancia que puede donar un par de electrones. En general: A + :B A:B

La especie A : B se llama complejo cido-base, aducto o compuesto de cido- base, coordinacin. coordinaci - A es el cido de Lewis y :B es la base de Lewis. Lewis.

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Conceptos de cido y basec) Ejemplos del Concepto de Lewis

La ventaja de la definicin de Lewis sobre la definicin de Brnsted-Lowry es definici definici Brnstedque se puede identificar sustancias como cidos y bases an si no hay a protones transferidos. transferidos.

Equilibrio homogneo en solucinEquilibrio cido-base y la teora de Brnsted-Lowry cidoteor Br nstedDe acuerdo a esta teora un CIDO es una sustancia con tendencia a teor perder un protn (H+) y una BASE es una sustancia con tendencia a prot captar un protn. O sea, si una sustancia cede un protn, el residuo prot prot que deja debe ser una base:

CIDO

BASE +

H+

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Equilibrio homogneo en solucinReaccin protoltica Reacci protol Con el fin de que un CIDO pueda exhibir sus propiedades acdicas, ac dicas, una BASE debe estar presente o viceversa. Es lo que llamamos una REACCIN PROTOLITICA o REACCIN CIDO-BASE: REACCI REACCI CIDO-BASE:

cido1 base2 + H+ cido1 + base2 Acido1 y base1 = Par conjugado;

base1 + H+ cido2 base1 + cido2 Base2 y cido2 = Par conjugado

Equilibrio homogneo en solucinEjemplos de Reacciones Protolticas: Protolticas:

Observando los ejemplos anteriores se puede decir que siempre a un cido fuerte le corresponde una base conjugada dbil y a un cido dbil le d d corresponde una base conjugada fuerte. En el caso de las bases se produce fuerte. una situacin anloga situaci an

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Fuerza de cidos o Bases y Porcentaje de IonizacinLa fuerza de un cido o base puede medirse por la fraccin de sus molculas fracci mol que se ionizan (o disocian). Cuantitativamente la fuerza puede expresarse en expresarse trminos del porcentaje de ionizacin (%I) que se define como: ionizaci %I)

%I=

concentracin del cido o base ionizado en equilibrio x 100 concentracin inicial del cido o base

%I=

C eq X ion x 100 Ci X

Fuerza de cidos o Bases y Porcentaje de IonizacinLa razn Ceq Xion/ Ci X representa al grado de disociacin () que se define raz disociaci ( como la fraccin del nmero total de moles iniciales del electrolito que fracci n se ha disociado (o ionizado) ionizado) Esta razn puede variar entre valores menores que uno para los electrolitos raz electrolitos dbiles y valores que tienden a uno en los electrolitos fuertes. Conociendo lo anterior la relacin anterior puede quedar: relaci% I = x 100

Volviendo a la fuerza de los electrolitos, se puede decir que a mayor fuerza porcentaje de ionizacin mayor es su fuerza. ionizaci fuerza

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cidos dbilesComo se ha mencionado al comenzar, stos son electrolitos dbiles que slo se d ionizan en una pequea extensin y que, por lo tanto, llegan a una situacin de peque extensi situaci equilibrio:c.dbil c.d

HA

+

H2O

A +

H3O+

Si se aplica la Ley del Equilibrio Qumico: Qu [A] [H3O+] Kc = [HA] [H2O] pero [H2O] = 55,55 M = constante

+ Kc [H2O] = Ka = [A ] [H3O ] Ka se llama Constante de Ionizacin Ionizaci [HA] (o Disociacin) de un cido o Constante Disociaci de Acidez a una determinada temperatura.

El valor de Ka representa la medida cuantitativa de la fuerza de un cido. A mayor Ka, ms fuerte es el cido. m

Notacin pXCuando se desea evitar expresiones exponenciales se aplica la notacin pX notaci de Srensen (1909) que considera cualquier parmetro como el logaritmo par negativo: pX = logX y X = 10pX

As pKa = log pKa; pH = log[H+] ; pKw = logKw , etc. As En el caso de cidos dbiles: d pKa = -logKa y Ka = 10pKa Debe notarse que mientras ms bajo es pX mayor es el valor de X m

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Grado de Ionizacin o Grado de Disociacin () y su relacin con Ka.Como se vio anteriormente, corresponde al tanto por uno de moles ionizados: = Ceq Ci Ceq = concentracin en equilibrio del ion concentraci Ci = concentracin inicial del electrolito concentraci y est relacionado con el Porcentaje de est Ionizacin Ionizaci