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Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 7. Equilibrios ácido-base II.

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1 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 7. Equilibrios ácido-base II

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

3 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 3 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

4 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II Comportamiento ácido-base de los iones: hidrólisis

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

6 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 6 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 ácidobase conjugados es una base [Lectura: Petrucci 17.7]

7 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 7 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 baseácido conjugados es un ácido [Lectura: Petrucci 17.7]

8 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 8 Hidrólisis (de sales) (Como consecuencia de lo anterior) Las disoluciones de sales de ácidos débiles o de bases débiles no son neutras: se hidrolizan Disolución de una sal de ácido débil y base fuerte estable base Ejemplo: pH de una disolución NaCN(ac) 0,20 M. [pH de una disolución de una base débil] [Lectura: Petrucci 17.7]

9 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 9 Hidrólisis (de sales) (Como consecuencia de lo anterior) Las disoluciones de sales de ácidos débiles o de bases débiles no son neutras: se hidrolizan Disolución de una sal de base débil y ácido fuerte estable ácido Ejemplo: pH de una disolución NH 4 Cl(ac) 0,20 M. [pH de una disolución de un ácido débil] [Lectura: Petrucci 17.7]

10 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 10 Hidrólisis (de sales) (Como consecuencia de lo anterior) Las disoluciones de sales de ácidos débiles o de bases débiles no son neutras: se hidrolizan Disolución de una sal de ácido débil y base débil base ácido pH ácido o básico dependiendo de la comparación de las fuerzas ácidas y básicas de los dos iones pH>7 en este caso [Lectura: Petrucci 17.7]

11 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II Indicadores y valoraciones ácido- base

12 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 12 Indicadores ácido-base Sustancias cuyo color depende del pH de la disolución en la que están presentes – –ácidos débiles cuyas formas ácida y básica conjugadas tienen colores distintos color A color B color A color B viraje [Lectura: Petrucci 18.3]

13 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 13 Indicadores ácido-base azul de timol 9,2 1,7 pK a 12,7 amarillo Clayton amarillo de alizarina 11 fenolftaleína 9,57,3 azul de bromotimol rojo de alizarina 5,3 azul de bromofenol 4,1 naranja de metilo 3,51,6 rojo de quinaldina [Lectura: Petrucci 18.3]

14 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 14 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 = 1n A =n B ej. 2: 2A + 3B → Sal + H 2 O n A /n B = 2/33n A =2n B ej.2: muestra problema: valorante: [Lectura: Petrucci 18.4]

15 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 15 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 pH indicado por un pH-metro... Se ha de elegir el indicador de modo que el punto final coincida con el punto de equivalencia [Lectura: Petrucci 18.4]

16 Química (1S, Grado Biología) UAM 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 NaOH(ac) 0,100 M 1) Punto inicial: Disolución de un ácido fuerte 2) Puntos intermedios: Disolución de un ácido fuerte (Reactivo limitante: la base) Reacción global: [Lectura: Petrucci 18.4] (Y de una sal de a.f. y b.f.)

17 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 17 Valoración de un ácido fuerte con una base fuerte 3) Punto de equivalencia: Disolución de una sal de ácido fuerte y base fuerte 4) Puntos posteriores al pde: Disolución de una base fuerte (Proporciones estequiométricas) (Reactivo limitante: el ácido) Ejemplo: Valoración de 25,00 ml de HCl(ac) 0,100 M con NaOH(ac) 0,100 M [Lectura: Petrucci 18.4]

18 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 18 Valoración de un ácido fuerte con una base fuerte: curva de valoración Punto de equivalencia [disolución de una sal de ácido fuerte y base fuerte: pH=7] Punto final de la valoración con fenolftaleína Punto final de la valoración con rojo de quinaldina Ejemplo: Valoración de 25,00 ml de HCl(ac) 0,100 M con NaOH(ac) 0,100 M [Lectura: Petrucci 18.4]

19 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 19 Disoluciones resultantes durante las valoraciones HCl con NaOHHAc con NaOH Inicio Antes del pde Punto de equivalencia Después del pde HCl NaCl NaCl y HCl NaCl y NaOH HAc NaAc NaAc y HAc NaAc y NaOH R-NH 2 con HCl RNH 2 RNH 3 Cl RNH 3 Cl y RNH 2 RNH 3 Cl y HCl hidrólisis pH>7 hidrólisis pH<7 neutra reguladora a.fuerte a.débil b.fuerte~b.fuerte b.débil ~a.fuerte AF con BFAD con BFBD con AF

20 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 20 Valoración de un ácido débil con una base fuerte Ejemplo: Valoración de 25,00 ml de HAc(ac) 0,100 M con NaOH(ac) 0,100 M. K a (HAc)=1,8x ) Punto inicial: Disolución de un ácido débil 3) Punto de equivalencia: Disolución de una sal de ácido débil y base fuerte (hidrólisis) Reacción global: [Lectura: Petrucci 18.4]

21 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 21 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 NaOH(ac) 0,100 M. K a (HAc)=1,8x Punto final de la valoración con azul de bromofenol Punto de equivalencia [disolución de una sal de ácido débil y base fuerte: pH>7] Punto final de la valoración con fenolftaleína [Lectura: Petrucci 18.4]

22 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 22 Disoluciones resultantes durante las valoraciones HCl con NaOHHAc con NaOH Inicio Antes del pde Punto de equivalencia Después del pde HCl NaCl NaCl y HCl NaCl y NaOH HAc NaAc NaAc y HAc NaAc y NaOH R-NH 2 con HCl RNH 2 RNH 3 Cl RNH 3 Cl y RNH 2 RNH 3 Cl y HCl hidrólisis pH>7 hidrólisis pH<7 neutra reguladora a.fuerte a.débil b.fuerte~b.fuerte b.débil ~a.fuerte AF con BFAD con BFBD con AF

23 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 23 Disoluciones resultantes durante las valoraciones HCl con NaOHHAc con NaOH Inicio Antes del pde Punto de equivalencia Después del pde HCl NaCl NaCl y HCl NaCl y NaOH HAc NaAc NaAc y HAc NaAc y NaOH R-NH 2 con HCl RNH 2 RNH 3 Cl RNH 3 Cl y RNH 2 RNH 3 Cl y HCl hidrólisis pH>7 hidrólisis pH<7 neutra reguladora a.fuerte a.débil b.fuerte~b.fuerte b.débil ~a.fuerte AF con BFAD con BFBD con AF

24 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 24 V NaOH(ac) M (ml) er pde 2 o pde Valoración de un ácido poliprótico: H 3 PO 4 (ac) con NaOH(ac) pH 1 er pde 2 o pde 3 er pde [Lectura: Petrucci 18.4]

25 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II Disoluciones reguladoras

26 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 26 Disoluciones reguladoras Objetivo: Disoluciones que tengan el pH 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 pH En humanos – –pH normal: 7,4 (7,35-7,45) – –pH 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]

27 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 27 Disoluciones reguladoras [Lectura: Petrucci 18.2] Disoluciones en las que hay presentes un ácido y una base conjugados en cantidades considerables de ambos

28 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 28 Disoluciones reguladoras ¿Cuáles de las siguientes disoluciones son reguladoras del pH? ¿Qué equilibro entre ácido y base conjugados se establece? SI es estable (ni ácido ni base) NO ácidobase SI ácidobase es estable (ni ácido ni base) NO SI ácidobase [Lectura: Petrucci 18.2]

29 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 29 Amortiguadores (tampones) fisiológicos Amortiguador proteína (principalmente hemoglobina) [intracelular] Amortiguador fosfato [intracelular] Amortiguador bicarbonato [ósea; intra/extracelular] ácidobase ácidobase ácidobase Ec. de Henderson-Hasselbach

30 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 30 Disoluciones reguladoras Se establece el equilibrio: y Ejemplo: Disolución amortiguadora de ácido acético y acetato sódico Ec. de Henderson-Hasselbach [Lectura: Petrucci 18.2]

31 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 31 Disoluciones reguladoras Hidrólisis: Disolución dey de Ejemplo: Disolución amortiguadora de ácido acético y acetato sódico Ec. de Henderson-Hasselbach [Lectura: Petrucci 18.2]

32 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 32 Preparación de disoluciones reguladoras 1. 1.Elegir un ácido débil con un pK a próximo al valor de pH deseado 2. 2.Las molaridades de la sal y del ácido deben ser mucho mayores que K a y que K b (o K h ) 3. 3.La razón entre molaridades de sal y ácido debe estar comprendida entre 0,1 y 10 [Lectura: Petrucci 18.2]

33 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 33 Preparación de disoluciones reguladoras Ejemplo: Se dispone de HAc (K a =1,8x10 -5, pK a =4,74) y de HF (K a =3,5x10 -4, pK a =3,45) y de sus respectivas sales sódicas. Se desea preparar 500 ml de una disolución reguladora de pH=5,09. Señala cómo hacerlo. Con HAc y NaAc p.ej. hasta 500ml [Lectura: Petrucci 18.2]

34 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 34 Variaciones de pH de disoluciones reguladoras Ejemplo: a) ¿Cuánto cambia el pH 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 NaOH(ac) 0,1 M? Inicialmente: a) + 1,0 ml HCl(ac) 0.1M b) + 1,0 ml NaOH(ac) 0.1M [Lectura: Petrucci 18.2]

35 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 35 Variaciones de pH de disoluciones reguladoras Ejemplo: a) ¿Cuánto cambia el pH de 100,0 ml de una disolución tampón de NaAc(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 NaOH(ac) 0,1 M? [HAc (K a =1,8x10 -5, pK a =4,74)] Inicialmente: [Lectura: Petrucci 18.2]

36 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 36 Variaciones de pH de disoluciones reguladoras Ejemplo: a) ¿Cuánto cambia el pH de 100,0 ml de una disolución tampón de NaAc(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 NaOH(ac) 0,1 M? [HAc (K a =1,8x10 -5, pK a =4,74)] a) + 1,0 ml HCl(ac) 0.1M: [Lectura: Petrucci 18.2]

37 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 37 Variaciones de pH de disoluciones reguladoras Ejemplo: a) ¿Cuánto cambia el pH de 100,0 ml de una disolución tampón de NaAc(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 NaOH(ac) 0,1 M? [HAc (K a =1,8x10 -5, pK a =4,74)] b) + 1,0 ml NaOH(ac) 0.1M: [Lectura: Petrucci 18.2]

38 Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 38 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 pH [experiencia + convenio: se considera una variaciones grandes de pH aquellas que superan una unidad] Intervalo de regulación: intervalo de pH 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]


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