11

Ácido-BaseÁcido-Base

22

ContenidosContenidos 1.-1.-  Características de los ácidos y las      basesCaracterísticas de los ácidos y las      bases2.-2.- Evolución histórica del concepto de ácido y  Evolución histórica del concepto de ácido y base.base.

2.1.2.1.  Teoría de Arrhenius. Limitaciones.Teoría de Arrhenius. Limitaciones.2.2.2.2.  Teoría de Brönsted-Lowry.Teoría de Brönsted-Lowry.3.-3.-  Equilibrio de ionización del agua. Concepto Equilibrio de ionización del agua. Concepto de pH.de pH.

4.-4.-    Fuerza de ácidos y bases.Fuerza de ácidos y bases.4.1.4.1.  Ácidos y bases conjugadas.Ácidos y bases conjugadas.4.2.4.2.    Relación entre Ka y Kb.Relación entre Ka y Kb.4.3.4.3.  Cálculos de concentraciones en equilibrio,  Cálculos de concentraciones en equilibrio,       pH, constantes, grado de disociación     pH, constantes, grado de disociación

33

Contenidos (2)Contenidos (2)5.-5.-  Reacciones de hidrólisis de sales        Reacciones de hidrólisis de sales          5.1.5.1.    Sales procedentes de ácido fuerte y base débil.Sales procedentes de ácido fuerte y base débil.5.2.5.2.    Sales procedentes de ácido débil y base fuerte.Sales procedentes de ácido débil y base fuerte.5.3.5.3.    Sales procedentes de ácido débil y base débil.Sales procedentes de ácido débil y base débil.5.4.5.4.    Sales procedentes de ácido fuerte y base fuerte.Sales procedentes de ácido fuerte y base fuerte.5.5.5.5.    Cálculo Cálculo de concentraciones y pH. de concentraciones y pH. 

6.-6.-    Disoluciones amortiguadoras. Disoluciones amortiguadoras. 7.-7.-  Indicadores de ácido-base. Indicadores de ácido-base. 8.-8.-    Valoraciones de ácido-base (volumetrías).Valoraciones de ácido-base (volumetrías).8.1.8.1.    Neutralización.Neutralización.

44

CaracterísticasCaracterísticas

ÁCIDOSÁCIDOS:: Tienen sabor agrio.Tienen sabor agrio. Son corrosivos para Son corrosivos para la piel.la piel.

Enrojecen ciertos Enrojecen ciertos colorantes vegetales.colorantes vegetales.

Disuelven sustanciasDisuelven sustancias Atacan a los metales Atacan a los metales desprendiendo Hdesprendiendo H22..

Pierden sus Pierden sus propiedades al propiedades al reaccionar con reaccionar con bases.bases.

BASESBASES:: Tiene sabor amargo.Tiene sabor amargo. Suaves al tacto pero Suaves al tacto pero corrosivos con la corrosivos con la piel.piel.

Dan color azul a Dan color azul a ciertos colorantes ciertos colorantes vegetales.vegetales.

Disuelven grasas.Disuelven grasas. Pierden sus Pierden sus propiedades al propiedades al reaccionar con reaccionar con ácidos.ácidos.

55

Definición de ArrheniusDefinición de Arrhenius

Publica  en  1887  su  teoría  de Publica  en  1887  su  teoría  de ““disociación iónica”disociación iónica”..• Hay  sustancias Hay  sustancias  (electrolitos)(electrolitos)  que  en   que  en disolución se disocian en cationes y aniones.disolución se disocian en cationes y aniones.

ÁCIDO:ÁCIDO:  Sustancia  que  al  disolverse  en   Sustancia  que  al  disolverse  en agua se disocia produciendo iones Hagua se disocia produciendo iones H++..

BASE:BASE:  Sustancia  que  al  disolverse  en   Sustancia  que  al  disolverse  en agua se disocia produciendo iones OHagua se disocia produciendo iones OH––..

DisociaciónDisociaciónÁCIDOS:ÁCIDOS: AHAH   (en  disolución acuosa)  (en  disolución acuosa) →→ A A– –  + H + H++

Ejemplos: Ejemplos: • HCl HCl (en  disolución acuosa) (en  disolución acuosa) →→ Cl Cl– –  + H + H++

• HH22SOSO44 (en  disolución acuosa)  (en  disolución acuosa) →→SOSO442– 2– + 2H+ 2H++

BASES:BASES: BOHBOH   (en  disolución acuosa)  (en  disolución acuosa) →→ B  B + +  + OH + OH––

Ejemplo: Ejemplo: • NaOH NaOH (en  disolución acuosa) (en  disolución acuosa) →→ Na Na+ + + OH+ OH––

77

NeutralizaciónNeutralización

Se produce al reaccionar un ácido con Se produce al reaccionar un ácido con una base por formación de agua:una base por formación de agua:

               HH++ + OH + OH–  –  →→ H H22OO El  anión que  se disoció del  ácido y el El  anión que  se disoció del  ácido y el catión  que  se  disoció  de  la  base catión  que  se  disoció  de  la  base quedan  en  disolución  inalterados  (sal quedan  en  disolución  inalterados  (sal disociada):disociada):

NaOH +HCl NaOH +HCl →→ H H22O + NaCl (NaO + NaCl (Na++ + Cl + Cl––))

88

Teoría de Brönsted-Lowry.Teoría de Brönsted-Lowry.

ÁCIDO:ÁCIDO: ““Toda sustancia capaz de ceder HToda sustancia capaz de ceder H+ + al al disolvente”. disolvente”. 

                          HA + HHA + H22O => AO => A--  + H  + H33OO++

BASE:BASE: ““Toda sustancia capaz de aceptar HToda sustancia capaz de aceptar H++  del disolvente”. del disolvente”. 

                      B + HB + H22O => BHO => BH++ + OH + OH--

99

Par Ácido/base conjugadoPar Ácido/base conjugado Siempre que una sustancia se comporta Siempre que una sustancia se comporta como  ácido  (cede  Hcomo  ácido  (cede  H++)  hay  otra  que  se )  hay  otra  que  se comporta  como  base  (captura  dichos comporta  como  base  (captura  dichos HH++).).

Cuando  un  ácido  pierde HCuando  un  ácido  pierde H++  se  convierte   se  convierte en su “en su “base conjugadabase conjugada” y c” y cuando una uando una base  captura  Hbase  captura  H++  se  convierte  en  su   se  convierte  en  su ““ácido conjugadoácido conjugado”.”.

ÁCIDO (HA) BASE CONJ. (A–)– H+

+ H+

BASE (B) ÁC. CONJ. (HB+)+ H+

– H+

1010

Ejemplo de par Ácido/base conjugadoEjemplo de par Ácido/base conjugado

Disociación de un ácido:Disociación de un ácido: HCl + HHCl + H22O O →→ H H33OO++ + Cl + Cl– –

En este caso el HEn este caso el H22O actúa como base y elO actúa como base y elHCl al perder el HHCl al perder el H++ se transforma en Cl se transforma en Cl--

(base conjugada)(base conjugada)

Disociación de una base:Disociación de una base: NHNH33 + H + H22O => NHO => NH44

++ + OH + OH––

En este caso el HEn este caso el H22O actúa como ácidoO actúa como ácidopues cede Hpues cede H++ al NH al NH33 que se transforma que se transformaen NHen NH44

++ (ácido conjugado) (ácido conjugado)

1111

Equilibrio de disociación del agua.Equilibrio de disociación del agua. La experiencia demuestra que el agua tiene La experiencia demuestra que el agua tiene

una pequeña conductividad eléctrica lo que una pequeña conductividad eléctrica lo que indica que está parcialmente disociado en indica que está parcialmente disociado en iones:iones:

2 H2 H22O => HO => H33OO++ + OH + OH– – [[HH33OO++]] · · [[OHOH––]]

KKcc = —————— = —————— [[HH22OO]]22

Como Como [[HH22OO]] es constante por tratarse de un es constante por tratarse de un líquido, llamaremos Klíquido, llamaremos Kww = K = Kc c · · [[HH22OO]]22

conocido como “conocido como “producto iónico del aguaproducto iónico del agua””

+= [ ]× [ ] -w 3K H O OH

1212

Concepto de pH.Concepto de pH. El valor de dicho producto iónico del El valor de dicho producto iónico del

agua es: Kagua es: KW W (25ºC) = 10(25ºC) = 10–14–14 En el casoEn el caso del agua pura:del agua pura:

[[HH33OO++]] = = [[OHOH––]] = = √√ 10 10–14–14 = 10 = 10–7–7 M M Se denomina pH a:Se denomina pH a:

Y para el caso de agua pura, como Y para el caso de agua pura, como [[HH33OO++]]=10=10–7–7 M: M:

pH = – log 10pH = – log 10–7–7 = 7 = 7

3pH log [H O ]+= −

1313

Tipos de disolucionesTipos de disoluciones Ácidas: Ácidas: [[HH33OO++]] > 10 > 10–7–7 M M ⇒⇒ pH < 7 pH < 7 Básicas: Básicas: [[HH33OO++]] < 10 < 10–7–7 M M ⇒⇒ pH > 7 pH > 7 Neutras: Neutras: [[HH33OO++]] = 10 = 10–7–7 M M ⇒⇒ pH = 7 pH = 7 En todos los casos: KEn todos los casos: Kw w = = [[HH33OO++]] · · [[OHOH––]] Por tanto, si Por tanto, si [[HH33OO++]] aumenta , entonces aumenta , entonces

[[OHOH––]] debe disminuir para que el debe disminuir para que el producto de ambas concentraciones producto de ambas concentraciones continúe valiendo 10continúe valiendo 10–14–14

1414

Gráfica de pH en sustancias Gráfica de pH en sustancias comunescomunes

ÁCIDO BÁSICO

141 2 3 4 6 8 9 10 11 12 135 7

Zumo de limón Cerveza

LecheSangre

Agua mar

Amoniaco

Agua destilada

1515

Concepto de pOH.Concepto de pOH.

A veces se usa este otro concepto, casi A veces se usa este otro concepto, casi idéntico al de pH:idéntico al de pH:

Como KComo Kw w = = [[HH33OO++]] · · [[OHOH––]] = 10 = 10–14–14 Aplicando logaritmos y cambiando el Aplicando logaritmos y cambiando el

signo tendríamos:signo tendríamos: pH + pOH = 14pH + pOH = 14 para una temperatura de 25ºC.para una temperatura de 25ºC.

pOH log [OH ]−= −

1616

Ejemplo:Ejemplo: El pH de una disolución acuosa es 12,6. El pH de una disolución acuosa es 12,6.

¿Cual será la ¿Cual será la [[OHOH––]] y el pOH a la temperatura de 25ºC?y el pOH a la temperatura de 25ºC?

pH = – log pH = – log [[HH33OO++]] = 12,6, de donde se deduce = 12,6, de donde se deduce que: que: [[HH33OO++]] = 10= 10–pH–pH = = 1010–12,6 –12,6 = = 2,5 · 102,5 · 10–13–13

Como KComo Kw w = = [[HH33OO++]] · · [[OHOH––]] = 10 = 10–14–14 entonces:entonces: KKWW 1010–14–14

[[OHOH––]] = ——— = —————— = = ——— = —————— = 0,04 M0,04 M [[HH33OO++]] 2,5 2,5 · · 1010–13–13

pOH = – log pOH = – log [[OHOH––]] = – log 0,04 = = – log 0,04 = 1,41,4 Comprobamos como pH + pOHComprobamos como pH + pOH = = 12,6 + 1,4 = 1412,6 + 1,4 = 14

1717

Electrolitos fuertes y débilesElectrolitos fuertes y débiles

Electrolitos fuertesElectrolitos fuertes:: Están totalmente disociadosEstán totalmente disociados• Ejemplos: HCl Ejemplos: HCl (ac)(ac) →→ Cl Cl– – + H + H++

NaOH NaOH (ac)(ac) →→ Na Na+ + + OH+ OH––

Electrolitos débilesElectrolitos débiles:: Están disociados parcialmenteEstán disociados parcialmente• Ejemplos: CHEjemplos: CH33–COOH –COOH => => CHCH33–COO–COO– – + H + H++

NHNH33 (ac)+ H (ac)+ H22O => NHO => NH44++ + OH + OH––

1818

Fuerza de ácidos.Fuerza de ácidos.

En disoluciones acuosas diluidas (En disoluciones acuosas diluidas ([[HH22OO]] ≈≈ constante) la fuerza de un ácido HA constante) la fuerza de un ácido HA depende de la constante de equilibrio: depende de la constante de equilibrio:

HA + HHA + H22O => AO => A– – + H+ H33OO++ [[AA––]] · · [[HH33OO++]] [[AA––]] · · [[HH33OO++]]KKcc = —————— = —————— ⇒⇒ K Kcc ·· [[HH22OO]] = —————— = —————— [[HAHA]] ·· [[HH22OO]] [[HAHA]]

− +×× = =3

2

[ ] [ ][ ]

[ ]C a

A H OK H O K

HA

constante de ⇐ disociación

(K acidez)

1919

Fuerza de ácidos (cont.).Fuerza de ácidos (cont.).

Según el valor de KSegún el valor de Ka a hablaremos de hablaremos de ácidos fuertes o débiles:ácidos fuertes o débiles:

Si KSi Ka a > 100 > 100 ⇒⇒ El ácido es El ácido es fuertefuerte y estará y estará disociado casi en su totalidad.disociado casi en su totalidad.

Si KSi Ka a < 1< 1 ⇒⇒ El ácido es El ácido es débildébil y estará y estará sólo parcialmente disociado.sólo parcialmente disociado.

Por ejemplo, el ácido acético (CHPor ejemplo, el ácido acético (CH33––COOH) es un ácido débil ya que su KCOOH) es un ácido débil ya que su Ka a = = 1,8 1,8 · · 1010–5–5

2020

Ácidos polipróticosÁcidos polipróticos Son aquellos que pueden ceder más de un HSon aquellos que pueden ceder más de un H++. Por . Por

ejemplo el Hejemplo el H22COCO33 es diprótico. es diprótico. Existen pues, tantos equilibrios como HExisten pues, tantos equilibrios como H++ disocie: disocie: HH22COCO33

+ H+ H22OO =>=> HCOHCO33– – ++ H H33OO++

HCOHCO33– – + H+ H22OO =>=> COCO33

2– 2– ++ H H33OO++ [[HCOHCO33

– – ]] · · [[HH33OO++]] [[COCO332– 2– ]] · · [[HH33OO++]]

KKa1 a1 = ———————— K= ———————— Ka2 a2 = ———————= ——————— [[HH22COCO33

]] [[HCOHCO33

– – ]]

KKa1 a1 = 4,5 = 4,5 · · 1010–7 –7 KKa2 a2 = 5,7= 5,7· · 1010–11 –11 La constantes sucesivas siempre van disminuyendo.La constantes sucesivas siempre van disminuyendo.

2121

Fuerza de bases.Fuerza de bases. En disoluciones acuosas diluidas (En disoluciones acuosas diluidas ([[HH22OO]] ≈≈

constante) la fuerza de una base “B” constante) la fuerza de una base “B” depende de la constante de equilibrio: depende de la constante de equilibrio:

B + HB + H22O => BHO => BH+ + + OH+ OH––

[[BHBH++]] xx [[OHOH––]] KKcc = ————---- = ————----

[[BB]] xx [[HH22OO]] + −×× = =2

[ ] [ ][ ]

[ ]C b

BH OHK H O K

B⇐ (K basicidad)

2222

Ejemplo:Ejemplo: Determinar el pH y el pOH de una disolución Determinar el pH y el pOH de una disolución 0,2 M de NH0,2 M de NH33 sabiendo que K sabiendo que Kbb (25ºC) = 1,8 · 10 (25ºC) = 1,8 · 10–5–5

Equilibrio: NHEquilibrio: NH3 3 + H+ H22O => NHO => NH44++

+ OH+ OH––

conc. in.(mol/l): 0,2conc. in.(mol/l): 0,2 0 0 0 0 conc. eq.(mol/l): 0,2 – x conc. eq.(mol/l): 0,2 – x x x x x [[NHNH44

++]] xx [[OHOH––]] x x22 KKbb = ——————— = ——— = 1,8 = ——————— = ——— = 1,8 xx 10 10–5–5 [[NHNH33]] 0,2 – x 0,2 – x

De donde se deduce que x = De donde se deduce que x = [[OHOH––]] = 1,9 = 1,9 xx 1010–3–3 MM

pOH = – log pOH = – log [[OHOH––]] = – log 1,9 = – log 1,9 xx 10 10–3–3 = =2,722,72

pH = 14 – pOH = 14 – 2,72 = pH = 14 – pOH = 14 – 2,72 = 11,2811,28

2323

Relación entre la constante y el grado de Relación entre la constante y el grado de disociación “disociación “αα””

En la disociación de un ácido o una baseEn la disociación de un ácido o una base

Igualmente:Igualmente:

En el caso de ácidos o bases muy débiles En el caso de ácidos o bases muy débiles (K(Kaa o K o Kbb < 10 < 10–4–4), ), αα se desprecia frente a 1 se desprecia frente a 1 con lo que: Kcon lo que: Ka a = c = c αα2 2 (K(Kb b = c = c αα2 2 ))

De donde:De donde:

b

cK

αα

=−

2

1

− +× ×= = =−

23

1 1

[ ] [ ]

[ ] ( - )a

A H O c c cK

HA c

α α αα α

= aK

cα = bK

cα

2424

Hidrólisis de salesHidrólisis de sales

Es la reacción de los iones de una sal Es la reacción de los iones de una sal con el agua.con el agua.

Sólo es apreciable cuando estos iones Sólo es apreciable cuando estos iones proceden de un ácido o una base débil:proceden de un ácido o una base débil:

Hidrólisis ácida (de un catión)Hidrólisis ácida (de un catión):: NHNH44

++ + H + H22O => NHO => NH33 + H+ H33OO++

Hidrólisis básica (de un anión)Hidrólisis básica (de un anión):: CHCH33–COO–COO–– + H + H22O => CHO => CH33–COOH–COOH + OH+ OH––

2525

Tipos de hidrólisis.Tipos de hidrólisis. Según procedan el catión y el anión de Según procedan el catión y el anión de

un ácido o una base fuerte o débil, las un ácido o una base fuerte o débil, las sales se clasifican en:sales se clasifican en:

Sales procedentes de ácido fuerte y base Sales procedentes de ácido fuerte y base fuerte.fuerte. • Ejemplo: NaClEjemplo: NaCl

Sales procedentes de ácido débil y base fuerte.Sales procedentes de ácido débil y base fuerte. • Ejemplo: NaCNEjemplo: NaCN

Sales procedentes de ácido fuerte y base débil.Sales procedentes de ácido fuerte y base débil. • Ejemplo: NHEjemplo: NH44ClCl

Sales procedentes de ácido débil y base débil.Sales procedentes de ácido débil y base débil. • Ejemplo: NHEjemplo: NH44CNCN

2626

Sales procedentes de ácido fuerte y Sales procedentes de ácido fuerte y base fuerte.base fuerte.

Ejemplo: NaClEjemplo: NaCl NO SE PRODUCE HIDRÓLISISNO SE PRODUCE HIDRÓLISIS ya que ya que

tanto el tanto el NaNa++ que es un ácido muy débil que es un ácido muy débil como el como el ClCl–– que es una base muy débil que es una base muy débil apenas reaccionan con agua. Es decir los apenas reaccionan con agua. Es decir los equilibrios:equilibrios:

NaNa++ + 2 H + 2 H22O NaOHO NaOH + H+ H33OO++

ClCl–– + H + H22O HClO HCl + OH+ OH–– están muy desplazado hacia la izquierda.están muy desplazado hacia la izquierda.

2727

Sales procedentes de ácido débil y Sales procedentes de ácido débil y base fuerte.base fuerte.

Ejemplo: Ejemplo: CHCH33–COONa–COONa

SE PRODUCE HIDRÓLISIS BÁSICASE PRODUCE HIDRÓLISIS BÁSICA ya que el ya que el NaNa++ es un ácido muy débil y es un ácido muy débil y apenas reacciona con agua, pero el apenas reacciona con agua, pero el CHCH33–COO–COO–– es una base fuerte y si es una base fuerte y si reacciona con ésta de forma reacciona con ésta de forma significativa: significativa:

CHCH33–COO–COO–– + H + H22O => O => CHCH33–COO–COOHH + OH+ OH–– lo que provoca que el pH > 7 lo que provoca que el pH > 7 (dis básica).(dis básica).

2828

Sales procedentes de ácido Sales procedentes de ácido fuerte y base débil.fuerte y base débil.

Ejemplo: NHEjemplo: NH44ClCl SE PRODUCE HIDRÓLISIS ÁCIDASE PRODUCE HIDRÓLISIS ÁCIDA ya ya

que el que el NHNH44++ es un ácido relativamente es un ácido relativamente

fuerte y reacciona con agua mientras fuerte y reacciona con agua mientras que el que el ClCl–– es una base débil y no lo es una base débil y no lo hace de forma significativa: hace de forma significativa:

NHNH44++ + H + H22O =>NHO =>NH33

+ H+ H33OO++

lo que provoca que el pH < 7 lo que provoca que el pH < 7 (dis. ácida).(dis. ácida).

2929

Sales procedentes de ácido débil Sales procedentes de ácido débil y base débil.y base débil.

Ejemplo: NHEjemplo: NH44CNCN En este caso tanto el catión En este caso tanto el catión NHNH44

++

como el anión como el anión CNCN–– se hidrolizan y la se hidrolizan y la disolución será ácida o básica según disolución será ácida o básica según qué ion se hidrolice en mayor grado. qué ion se hidrolice en mayor grado.

Como KComo Kbb(CN(CN––) = 2 · 10) = 2 · 10–5–5 M y M yKKaa((NHNH44

++) = 5,6 · 10) = 5,6 · 10–10–10 M M , en este caso, , en este caso, la disolución es básica ya que Kla disolución es básica ya que Kbb(CN(CN––) ) es mayor que Kes mayor que Kaa((NHNH44

++))

3030

Disoluciones amortiguadoras Disoluciones amortiguadoras (tampón)(tampón)

Son capaces de mantener el pH después Son capaces de mantener el pH después de añadir pequeñas cantidades tanto de de añadir pequeñas cantidades tanto de ácido como de base. Están formadas ácido como de base. Están formadas por:por:

Disoluciones de ácido débil + sal de Disoluciones de ácido débil + sal de dicho ácido débil con catión neutro:dicho ácido débil con catión neutro:• Ejemplo: ácido acético + acetato de sodio.Ejemplo: ácido acético + acetato de sodio.

Disoluciones de base débil + sal de dicha Disoluciones de base débil + sal de dicha base débil con anión neutro:base débil con anión neutro:• Ejemplo: amoniaco y cloruro de amonio.Ejemplo: amoniaco y cloruro de amonio.

3131

Variación del pH al añadir pequeñas Variación del pH al añadir pequeñas cantidades de NaOH o HClcantidades de NaOH o HCl

© Ed. Santillana

3232

Indicadores de pHIndicadores de pH (ácido- base) (ácido- base)

Son sustancias que cambian de color al Son sustancias que cambian de color al pasar de la forma ácida a la básica:pasar de la forma ácida a la básica:

HIn + HHIn + H22O => InO => In– – + H+ H33OO++

forma ácida forma básicaforma ácida forma básica El cambio de color se considera El cambio de color se considera

apreciable cuando [HIn] > 10·[Inapreciable cuando [HIn] > 10·[In––] o ] o [HIn]< 1/10·[In[HIn]< 1/10·[In––] ]

3333

Algunos indicadores de pHAlgunos indicadores de pH

IndicadorColor forma

ácidaColor forma

básicaZona de viraje (pH)

Violeta de metilo Amarillo Violeta 0-2

Rojo Congo Azul Rojo 3-5

Rojo de metilo Rojo Amarillo 4-6

Tornasol Rojo Azul 6-8

Fenolftaleína Incoloro Rosa 8-10

3434

Valoraciones ácido-baseValoraciones ácido-base

Valorar es medir la Valorar es medir la concentración de un concentración de un determinado ácido o determinado ácido o base a partir del base a partir del análisis volumétrico de análisis volumétrico de la base o ácido la base o ácido utilizado en la reacción utilizado en la reacción de neutralización.de neutralización.

3535

Gráfica de valoración de Gráfica de valoración de vinagre con NaOHvinagre con NaOH

Zona de viraje fenolftaleína

20 40 60 V NaOH(ml)

12 10 8642

pH