Comportamiento de las sales en disolucin acuosa: Hidrlisis Disoluciones reguladoras de pH Indicadores cido-base Reacciones de neutralizacin y curvas de valoracin Lluvia cida

LECCIN 9

Equilibrio qumico en disolucin. cidos y bases. II

Lluvia cida

Dependiendo del pH del suelo, la hortensia (Hydrangea) puede poseer flores rosas o azules. En suelos cidos las flores son azules, mientras

que en suelos bsicos son rosas

Los iones como cidos y como bases: Hidrlisis T1

[NH3] [H3O+]

K b = [NH3][NH4+] [OH-]

= 1,810-5

NH + + H O NH + H O+H3O+(ac)

NH3(ac) + H2O(l) NH4 +(ac) + OH -(ac)c. conjugadobase

Cloruro amnico: (NH4) Cl(s) + H2O(l) NH4 +(ac) + Cl -(ac)

[NH3] [H3O ] K a = [NH4+]

= ?

Ka x Kb = Kw

El producto de las constantes de ionizacin de un cido y su base conjugada es igual al producto inico del agua

NH4+ (ac) + H2O(l) NH3(ac) + H3O+(ac)cido

=

1,010-14

1,810-5= 5,610-10=

KWKb

[NH3] [H3O+] [OH-] Ka = [NH4+] [OH-]

Hidrlisis T2

Disolucin de NaCl en agua a 25 C pH = 7:

NaCl(s) + H2O Na+ (ac) + Cl-(ac)

Las sales de bases fuertes y cidos fuertes no se hidrolizan. La disolucin tiene pH = 7

Hidrlisis: El agua (hydro) produce la ruptura (lysis) de un enlace

Na+(ac) + H2O No hay reaccin Cl-(ac)+ H2O No hay reaccin

Disolucin de NH4Cl en agua a 25 C pH < 7:

NH4Cl(s) + H2O NH4+ (ac) + Cl-(ac)

La disolucin tiene pH = 7

Las sales de bases dbiles y cidos fuertes se hidrolizan.La disolucin tiene pH < 7. (El catin acta como un cido)

NH4+(ac)+ H2O NH3 + H3O+(ac)Cl-(ac) + H2O No hay reaccin

Disolucin de NaCN en agua a 25 C pH > 7: NaCN(s) + H2O Na+(ac) + CN-(ac)

Las sales de bases fuertes y cidos dbiles se hidrolizan. La disolucin tiene pH > 7. (El anin acta como una base)

CN-(ac) + H2O HCN + OH- (ac)Na+(ac) + H2O No hay reaccin

Hidrlisis T3

Disolucin de (NH4)CN en agua a 25 C pH ? : (NH4)CN(s) + H2O NH4+ (ac) + CN-(ac)

Las sales de bases dbiles y cidos dbiles se hidrolizan.Los cationes son cidos y los aniones son bases. Que la disolucin sea cida o

bsica, depende de los valores relativos de Ka y Kb de los iones.

NH4+(ac)+ H2O NH3 + H3O+(ac) CN-(ac) + H2O HCN + OH- (ac)

T4Clculo del pH de una disolucin en la que se produce hidrlisis.Calcular el pH de una disolucin de acetato sdico 0,1 M (Ka= 1,8 10-5)

Solucin:NaCH3COO + H2O Na+(ac) + CH3COO- (ac)

Conc. inicial: 0,1 M 0 0Conc. final: 0 0,1 M 0,1 M

CH COO- + H O CH COOH + OH-El Na+ no se hidroliza pero el acetato da lugar a una disolucin bsica

Hidrlisis

Aproximacin: Suponemos que x

Disoluciones reguladoras del pHDisoluciones reguladoras del pH (amortiguadoras, tampn o buffer):Son sistemassistemas dede 22 componentescomponentes cuyo valor de pH vara sololigeramente con la adicin de pequeas cantidades de un cido o una base.

T5

pH 4.0 pH 6.9

Cambio de pH tras aadir una

pequea cantidad de un cido

o de una base al agua

pH 7.0

pH 10.0

Cambio de pH tras aadir un

cido o una base a una

disolucin reguladora del pH

pH 7.0

pH 7.1

Disoluciones reguladoras del pH

Componentes cido dbil + una sal de su base conjugada Base dbil + una sal de su cido conjugado

T6

cido dbil + sal de subase conjugada

Base dbil + sal de sucido conjugado

Cmo funciona?: Al aadirle una base (OH) reacciona con el cido: CH3COOH (o NH4+) Al aadirle una cido (H3O++++) reacciona con la base: CH3COO (o NH3)

CH3COOH CH3COONa CH3COOH

+

CH3COO -

NH3 NH4Cl NH3+

NH4+

pH = - log [H O+] = - log K = - log (1,810-5)

Clculo del pH:Consideremos una disolucin reguladora con [CH3COOH] = [CH3COO-] = 1M

[H3O+] [CH3COO-][CH3COOH]

Ka = = 1,810-5

CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+

pH = 4,74

Ka = [H3O+]

Disoluciones reguladoras del pH T7

pH = - log [H3O+] = - log Ka = - log (1,810-5) pH = 4,74

Si a esta disolucin le aadimos una pequea cantidad de un cido fuerte, H3O+, reaccionar con la base: H3O+ + CH3COO- CH3COOH + H2O

pH 4,7

Ecuacin de Henderson-Hasselbalch

Una variacin de la expresin de la constante de ionizacin Consideremos un cido dbil hipottico, HA, y su sal NaA:

HA + H2O A- + H3O+ [H3O+] [A-][HA]Ka =

[H3O+] [HA]Ka =

[A-]- log [H3O+] - log [HA]- log Ka =

[A-]

T8

[H3O ] [HA]Ka = - log [H3O ] - log [HA]- log Ka =

pH - log[HA]

pKa =[A-] pKa + log [HA]

pH =[A-]

pH = pKa + log [cido][sal] pOH = pKb + log [base]

[sal]

Disoluciones reguladoras

Clculo del pH de una disolucin reguladora.

Calcular el pH de una disolucin 0,04 M de NH4Cl y 0,03 M de NH3 (Kb = 1,810 5)Solucin:

NH3 + H2O NH4+ + OH-

NH4Cl + H2O NH4+(ac) + Cl-(ac)Conc. inicial: 0,04 M 0 0Conc. final: 0 0,04 M 0,04 M

En la mezcla:

T9

NH3 + H2O NH4 + OHConc. Inicial: 0,03 M 0,04 M -Cambios: -x M +x M + x MConc. equilibrio: (0,03) M (0,04) M + x M

[NH4+] [OH-] [NH3]

Kb = = 1,810-50,04 x0,03

=

En la mezcla:

pH = 9,1pOH = 4,87

Clculo del pH de una disolucin reguladora (aplicando la ecuacinde Henderson-Hasselbach).Calcular el pH de una disolucin 0,04 M de NH4Cl y 0,03 M de NH3 (Kb = 1,810 5)Solucin:

NH3(ac) + H2O(l) NH4+(ac) + OH-(ac) NH4Cl + H2O NH4+(ac) + Cl-(ac)

Disoluciones reguladoras T10

NH3(ac) + H2O(l) NH4 + OH

pOH = pKb + log [base][sal]

0,04pOH = 4,74 + log = 4,86

0,03pH = 9,1

Indicadores cido-base T11

Si el 90% o ms de un indicador se encuentra en la forma cida (Hin), la disolucintomar el color del cido.

Si el 90% o ms se encuentra en la forma In-, la disolucin toma el color de labase.

El color intermedio se observa entre estos dos estados.

HIn + H2O In- + H3O+Son cidos o bases dbiles:El color de algunas sustancias depende del pH

El color intermedio se observa entre estos dos estados. El cambio completo de color se produce aproximadamente en un intervalo de 2

unidades de pH.

H2In + 2 H2O (l) In2- + 2 H3O+

FenolftalenaFenolftalena

Color de algunos indicadores y cambios de pH T12

Valoraciones cido-base Permite calcular la cantidad o concentracin de una sustancia

presente en una disolucin a partir de otra de concentracin conocida(valorante).

El procedimiento se lleva a cabo mediante la adicin controlada de unadisolucin sobre la otra. El punto final de la valoracin se determinamediante el uso de un indicador.

T13

BASE

CIDOConcentracin?

BASE(VALORANTE)

Valoracin de un cido fuerte con una base fuerte

T14

HCl(ac) 0,1 M, 25 mL

NaOH(ac) 0,1 M

T15

Punto de equivalencia: El punto de la reaccin en el que se han consumido tanto el

cido como la base. Ninguno de los dos se encuentra en exceso.

Punto de neutralidad Es el punto de una valoracin en el que el pH=7

No hay que confundir el punto de equivalencia

Reacciones de neutralizaciny curvas de valoracin

No hay que confundir el punto de equivalencia con el de neutralidad

Punto final: El punto en el que el indicador cambia de color

Valorante: La disolucin conocida se aade a la disolucin

de concentracin desconocida. Curva de valoracin:

Grfico del pH frente al volumen del valorante.

T16

El pH tiene un valor bajo al comienzo de la valoracin El pH cambia lentamente

hasta justo cerca del punto de equivalencia. En el punto de equivalencia el pH aumenta bruscamente

Valoracin de un cido fuerte con una base fuerte

En el punto de equivalencia el pH aumenta bruscamente

quizs en 6 unidades por la adicin de solamente 0,10 mL (2 gotas) de base.

El pH de nuevo aumenta pero slo ligeramente

Cualquier indicador cido-base es adecuado para esta valoracinsiempre que su color cambie en el intervalo de

pH aproximado entre 4 y 10

Otras curvas de valoracin T17

Valoracin de un cido dbil

con una base fuerte

Valoracin de una base dbil

con un cido fuerte

Lluvia cida T18CO2(g) + 2 H2O HCO3-(ac) + H3O+(ac)

3 NO2(g) + H2O 2 HNO3 + NO

SO3(g) + H2O H2SO4

CaCO3(s) + 2 H3O+(ac) Ca2+(ac) + CO2(g) + 3 H2O (l)