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

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

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

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

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

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

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

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

Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 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 ácido estable Ejemplo: pH de una disolución NH4Cl(ac) 0,20 M. [pH de una disolución de un ácido débil] [Lectura: Petrucci 17.7] Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II

Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II 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 pH ácido o básico dependiendo de la comparación de las fuerzas ácidas y básicas de los dos iones ácido base pH>7 en este caso [Lectura: Petrucci 17.7] Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II

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

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 B viraje color A [Lectura: Petrucci 18.3] Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II

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

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 + H2O nA/nB = 1 nA=nB ej. 2: 2A + 3B → Sal + H2O nA/nB = 2/3 3nA=2nB valorante: ej.2: muestra problema: [Lectura: Petrucci 18.4] Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II

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

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 Reacción global: 1) Punto inicial: Disolución de un ácido fuerte 2) Puntos intermedios: Disolución de un ácido fuerte (Y de una sal de a.f. y b.f.) (Reactivo limitante: la base) [Lectura: Petrucci 18.4] Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II

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 3) Punto de equivalencia: Disolución de una sal de ácido fuerte y base fuerte (Proporciones estequiométricas) 4) Puntos posteriores al pde: Disolución de una base fuerte (Reactivo limitante: el ácido) [Lectura: Petrucci 18.4] Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II

Valoración de un ácido fuerte con una base fuerte: curva de valoración Ejemplo: Valoración de 25,00 ml de HCl(ac) 0,100 M con NaOH(ac) 0,100 M 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 [Lectura: Petrucci 18.4] Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II

Disoluciones resultantes durante las valoraciones AF con BF AD con BF BD con AF HCl con NaOH HAc con NaOH R-NH2 con HCl Inicio HCl HAc RNH2 a.fuerte a.débil b.débil Antes del pde NaCl y HCl NaAc y HAc RNH3Cl y RNH2 a.fuerte reguladora reguladora Punto de equivalencia NaCl NaAc RNH3Cl neutra hidrólisis pH>7 hidrólisis pH<7 RNH3Cl y HCl Después del pde NaCl y NaOH NaAc y NaOH b.fuerte ~b.fuerte ~a.fuerte Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II

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. Ka(HAc)=1,8x10-5. Reacción global: 1) Punto inicial: Disolución de un ácido débil 3) Punto de equivalencia: Disolución de una sal de ácido débil y base fuerte (hidrólisis) [Lectura: Petrucci 18.4] Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II

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. Ka(HAc)=1,8x10-5. Punto de equivalencia [disolución de una sal de ácido débil y base fuerte: pH>7] Punto final de la valoración con fenolftaleína Punto final de la valoración con azul de bromofenol [Lectura: Petrucci 18.4] Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II

Disoluciones resultantes durante las valoraciones AF con BF AD con BF BD con AF HCl con NaOH HAc con NaOH R-NH2 con HCl Inicio HCl HAc RNH2 a.fuerte a.débil b.débil Antes del pde NaCl y HCl NaAc y HAc RNH3Cl y RNH2 a.fuerte reguladora reguladora Punto de equivalencia NaCl NaAc RNH3Cl neutra hidrólisis pH>7 hidrólisis pH<7 RNH3Cl y HCl Después del pde NaCl y NaOH NaAc y NaOH b.fuerte ~b.fuerte ~a.fuerte Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II

Disoluciones resultantes durante las valoraciones AF con BF AD con BF BD con AF HCl con NaOH HAc con NaOH R-NH2 con HCl Inicio HCl HAc RNH2 a.fuerte a.débil b.débil Antes del pde NaCl y HCl NaAc y HAc RNH3Cl y RNH2 a.fuerte reguladora reguladora Punto de equivalencia NaCl NaAc RNH3Cl neutra hidrólisis pH>7 hidrólisis pH<7 RNH3Cl y HCl Después del pde NaCl y NaOH NaAc y NaOH b.fuerte ~b.fuerte ~a.fuerte Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II

Valoración de un ácido poliprótico: H3PO4(ac) con NaOH(ac) pH 2o pde 10.0 8.0 6.0 1er pde 4.0 2.0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 V NaOH(ac) 0.100 M (ml) 1er pde 2o pde 3er pde [Lectura: Petrucci 18.4] Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II

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

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

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

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

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

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

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

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

Preparación de disoluciones reguladoras Ejemplo: Se dispone de HAc (Ka=1,8x10-5, pKa=4,74) y de HF (Ka=3,5x10-4, pKa=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] Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II

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

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 (Ka=1,8x10-5, pKa=4,74)] Inicialmente: [Lectura: Petrucci 18.2] Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II

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 (Ka=1,8x10-5, pKa=4,74)] a) + 1,0 ml HCl(ac) 0.1M: [Lectura: Petrucci 18.2] Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II

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 (Ka=1,8x10-5, pKa=4,74)] b) + 1,0 ml NaOH(ac) 0.1M: [Lectura: Petrucci 18.2] Química (1S, Grado Biología) UAM 7. Equilibrio ácido-base II

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