Equilibrio ionico (ii corte)

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Tema Universitario

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  • 1. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTALFRANCISCO DE MIRANDAREA DE TECNOLOGA DEPARTAMENTO DE QUMICAUltima revisin: Abril 2009 UNIDAD II: EQUILIBRIO IONICO1.COMPUESTOS SOLUBLES EN AGUA a) No Electrolitos b) Electrolitos Electrolitos fuertes Electrolitos dbiles2.DEFINICIONES DE CIDOS Y BASES a) Segn Arrhenius (1884): b) Segn Brnsted y Lowry (1923): c) Segn de Lewis (1923):3.IONIZACIN DEL AGUA a)pH y pOH. Relacin entre ellos.4.DISOCIACIN DE ELECTROLITOS FUERTES a)cidos Fuertes b)Bases Fuertes solubles c)Sales.5.DISOCIACIN DE ELECTROLITOS DBILES a)cido Dbil b)Base Dbil c)Porcentaje o grado de ionizacin6.CIDOS POLIPRTICOS7.LOS IONES COMO CIDOS Y COMO BASES8.HIDRLISIS DE SALES: a)Sal de base soluble fuerte y cido fuerte b)Sal de base fuerte y cido dbil

2. c) Sal de base dbil y cido fuerted) Sal de base dbil y cido dbil9.EL EFECTODELINCOMN Y SOLUCIONESREGULADORAS(AMORTIGUADORAS, BUFFER O TAMPN)a) Para un cido dbil y la sal de su base conjugada Si se aade un cido fuerte Si se adiciona base fuerteb) Para una base dbil y la sal de su cido conjugado10.NEUTRALIZACIN E INDICADORES DE PH:a) Curvas de Titulacin cido-Baseb) Curva de Titulacin de un cido Fuerte con una Base Fuertec) Curva de Titulacin de un cido Dbil con una Base Fuerted) Curva de Titulacin de una Base Dbil con un cido Fuerte11.EQUILIBRIO DE SOLUBILIDADa) Procesos de Precipitacinb) Separacin de Iones por precipitacin Fraccionadac) Efecto del In Comn y La Solubilidadd) El pH y la Solubilidad12.AUTOEVALUACIN.13.EJERCICIOS PROPUESTOS.14.ANEXOS 3. Equilibrio InicoINTRODUCCIN: Aunque mucha gente lo desconoce, los cidos y las bases son tan comunes como elvinagre (cido actico), la aspirina (cido acetilsaliclico), la leche de magnesia (hidrxido demagnesio) y el destapa caeras (mezcla de carbonato de sodio e hidrxido de sodio). Ademsde ser el de principio activo de productos medicinales y domsticos, los cidos y bases sonimportantes en los procesos industriales y fundamentales en los sistemas biolgicos.1. Compuestos solubles en aguaLos compuestos qumicos al disolverse en agua dan origen a iones y molculas. Un Ion es un tomo o un grupo de tomos que tiene una carga neta positiva (cationes)o negativa (aniones). Ejemplo: El cloruro de sodio (NaCl), la sal comn de mesa, es uncompuesto inico porque esta formado por cationes y aniones. NaCl Na+ + Cl-CatinAnin Una molcula es un agregado de, por lo menos, dos tomos en una configuracinnica que se mantienen unidos a travs de fuerzas qumicas (enlaces qumicos). Unamolcula puede contener tomos del mismo elemento o tomos de dos o ms elementos,siempre en una proporcin fija. Ejemplo: La sacarosa (C12H22O11), azcar de caa, osimplemente azcar. Los compuestos que existen en forma de molculas en disolucin acuosa no conducen la corriente elctrica y se conocen como No electrolitos. Mientras que los compuestos que se ionizan (o se disocian en sus iones constituyentes) en disoluciones acuosas y conducen la corriente elctrica, se denominan Electrolitos, siendo estos el objetivo principal de estudio en esta gua. Los electrolitos se clasifican en fuertes y dbiles: Fuertes: son compuestos que se caracterizan por ser buenos conductores de la corriente elctrica, ya que estn completamente ionizados en solucin acuosa. Forman parte de estos los cidos fuertes, bases fuertes y las sales. El cido clorhdrico, es un ejemplo de electrolito fuerte:1 4. Equilibrio Inico HCl(ac) + H2O(l) H3O+(ac) + Cl-(ac)) Dbiles: son los que se disocian slo parcialmente, razn por la cual son pocosconductores de la corriente elctrica.Un ejemplo de electrolito dbil es el cido actico, (comnmente conocido encasa como vinagre)CH3COOH(ac) + H2O(l) CH3COO-(ac) +H3O+(ac)Y el amoniacoNH3(ac) + H2O(l) NH4+(ac) +OH(ac)2. Definiciones de cidos y Bases: a) Segn Arrhenius (1884): cido: es toda sustancia que produce iones hidronio (H3O+, H+) en solucin acuosa.El cido clorhdrico es un buen ejemplo de cido de Arrhenius.HCl(ac) H+(ac) + Cl-(ac)HCl (ac) + H2O(l) H3O+(ac) + Cl-(ac)El in H+, llamado protn, proviene del tomo de Hidrgeno que ha perdido su electrn,ste interacta con una molcula de agua para formar el protn hidratado denominadoin Hidronio (H3O+) logrando mayor estabilidad. Base: es toda sustancia que, al disociarse en solucin acuosa, produce ioneshidroxilo, OH-, es decir, que el grupo hidroxilo formaba parte de las bases. El hidrxido de sodio es un buen ejemplo de base de Arrhenius.NaOH(s) + H2O(l) Na+(ac) + OH-(ac)La desventaja de esta teora es que no abarca otros compuestos que tambin secomportan como bases, como el amonaco, que a pesar de no tener el grupo hidroxilo 2 5. Equilibrio Inico en su frmula qumica (NH3), si produce estos iones en el agua. Adems, se limita a interpretar el comportamiento de las sustancias en soluciones acuosas.b) Segn Brnsted y Lowry (1923): cido es una sustancia (in o molcula) capaz de ceder un protn a otra sustancia en una reaccin cido-base. Base es una sustancia (in o molcula) capaz de aceptar un protn de un cido. Esta teora explica el comportamiento bsico del amonaco (NH3) y las aminas (RNH2), que la definicin de Arrhenius no lograba explicar, adems, ampla los conceptos formulados por Arrhenius al no limitarse estrictamente al medio acuoso. Segn esta teora para que un cido ceda un protn debe estar en presencia de una base. Cuando un cido cede el protn da origen a una base conjugada, mientras que una base al aceptar un protn da origen a un cido conjugado. De modo que en cualquier reaccin cido-base siempre habr un par de cido y un par de bases.H+H+HA + B BH+(ac) + A-(ac)cido Basecido conjugado Base conjugada cido1Base 1 cido 2 Base2 Se dice entonces que el cido HA y la base A- (ac) forman un par conjugado cido-base. La base B y el cido BH+ (ac) forman el otro par conjugado cido-base. Los pares conjugados son especies que difieren en un protn.Ejemplos: CH3COOH(ac) + H2O(l) CH3COO-(ac) +H3O+(ac) cido 1 Base 1 Base 2 cido 2-+ Pares Conjugados: CH3COOH - CH3COO y H2O - H3O NH3(ac) +H2O(l) NH4+(ac) + OH-(ac)3 6. Equilibrio InicoBase 1cido1cido 2Base2 Pares Conjugados: NH3 / NH+4y H2O / OH- Segn la teora de Bronsted-Lowry, un mismo compuesto puede actuar como un cido o una base, de acuerdo a los compuestos con que reacciona, debido a este comportamiento se le da el nombre de Sustancias Anfteras, Anfotricas o Anfiprticos. La razn para tal comportamiento, tiene que ver con la fuerza de los cidos (capacidad de donar protones) y de las bases (capacidad de aceptar protones), que actan en la reaccin dada. Esto se observa en los ejemplos anteriores, en el caso del agua, donde al reaccionar con el cido actico acta como base y con el amonaco acta como cido. En general: Mientras ms fuerte el cido, su base conjugada es ms dbil. Mientras ms dbil es un cido, ms fuerte es su base conjugada. Figura 1. Fuerza de los pares conjugados cido-basec) Segn de Lewis (1923): cido: es una sustancia que recibe o acepta un par de electrones. Base: es una sustancia que puede ceder o donar un par de electrones libres. Segn esta definicin, se forma un enlace covalente dativo o coordinado entre el cido y la base, es decir, no implica que un par de electrones se debe transferir de un tomo a otro. 4 7. Equilibrio InicoLa teora de Lewis es muy til porque abarca muchas reacciones qumicas, que noencajan en las teoras de Arrhernius o de Bronsted y Lowry, y adems, incorpora otrasespecies que no tienen protones.La reaccin neta cido-base de Lewis ser: cido +Base cido-BaseDeficiente de electrones Con pares libresCon enlace covalente DativoEjemplo: La reaccin de la cal (CaO) con dixido de azufre es una reaccinimportante para la reduccin de las emisiones de SO2 de las centrales trmicas de carbn. Estareaccin entre un slido y un gas pone de manifiesto que las reacciones cido-base de Lewispueden ocurrir en todos los estados de la materia.CaO(S) + SO2(g) CaSO3(s)3. Ionizacin del AguaEl agua es un solvente y un electrolito muy dbil, ya que al ionizarse produce bajasconcentraciones de iones H+ y OH-, mediante la transferencia de protones de una molcula deagua a otra molcula igual, dando lugar al equilibrio: H2O(l) + H2O(l) H3O+(ac) + OH-(ac)La autoionizacin del agua es una reaccin cido base de acuerdo con la teora de Bronsted yLowry, ya que, una molcula de agua se comporta como un cido, pues dona un protn a otramolcula de agua que se comporta como una base, que acepta el protn; por esto se dice quees una sustancia anftera. La molcula de agua que dona el protn, se convierte en un in OH-,la base conjugada del agua. La molcula de agua que acepta el protn, se convierte en un inH3O+, el cido conjugado del agua. El examen de la reaccin inversa (de derecha a izquierda)muestra que el H3O+ (un cido) dona un protn al OH- (una base) para formar dos molculas deagua. 5 8. Equilibrio InicoProducto Inico de Agua:La expresin de la constante de equilibrio para el agua pura es: [ H O ][OH ]3 + Kc = [ H 2 O] 2El agua es un lquido puro por tanto su concentracin permanece constante y, por lo tanto, estincluida en el valor de la constante de equilibrio, quedando la expresin de la siguiente manera: Kc[H2O]=[Kw = H 3 O + OH][ ]Donde Kw, es la llamada constante del producto inico del agua. El valor numrico de estaconstante vara con la temperatura, y se ha determinado experimentalmente que a 25 C esigual a 10-14. [Kw = H 3O + OH][ ]=10 14En el agua pura la concentracin de los iones H3O + y OH-, deben ser iguales. La concentracinde cada uno de estos ser: [H 3] [O + = OH =x ][H 3 ][ O + OH ]=10 14 x2 = 10 14 x = 10 14x = 10 7Entonces:[H 3 ] [O + = OH ]= 10 7 M 6 9. Equilibrio InicoSi se agrega cualquier sustancia que altere esta igualdad, el producto de los dos nuevos valoresseguir satisfaciendo el valor de Kw, es decir, si la concentracin de uno de estos ionesaumenta, la del otro disminuye y viceversa, de modo que el valor de Kw es siempre igual a 10-14 . Por esto, al conocer el valor de uno de los iones, el otro se puede calcular por despeje.Una solucin es neutra si: [H 3 ] [O + = O