*DisociacinCIDOS:AH (en disolucin acuosa) A + H+Ejemplos: HCl (en disolucin acuosa) Cl + H+H2SO4 (en disolucin acuosa) SO42 + 2 H+BASES:BOH (en disolucin acuosa) B + + OHEjemplo: NaOH (en disolucin acuosa) Na+ + OH

*NeutralizacinSe produce al reaccionar un cido con una base por formacin de agua: H+ + OH H2OEl anin que se disoci del cido y el catin que se disoci de la base quedan en disolucin inalterados (sal disociada):NaOH +HCl H2O + NaCl (Na+ + Cl)

*Ejemplo de par cido/base conjugadoDisociacin de un cido:HCl (g) + H2O (l) H3O+(ac) + Cl (ac)En este caso el H2O acta como base y el HCl al perder el H+ se transforma en Cl (base conjugada)Disociacin de una base:NH3 (g) + H2O (l) NH4+ + OHEn este caso el H2O acta como cido pues cede H+ al NH3 que se transforma en NH4+ (cido conjugado)

*Equilibrio de ionizacin del agua. La experiencia demuestra que el agua tiene una pequea conductividad elctrica lo que indica que est parcialmente disociado en iones:2 H2O (l) H3O+(ac) + OH (ac) H3O+ OH Kc = H2O2Como H2O es constante por tratarse de un lquido, llamaremos Kw = Kc H2O2

conocido como producto inico del agua

*Concepto de pH.El valor de dicho producto inico del agua es: KW (25C) = 1014 M2En el caso del agua pura: H3O+ = OH = 1014 M2 = 107 MSe denomina pH a:

Y para el caso de agua pura, como H3O+=107 M: pH = log 107 = 7

*Tipos de disolucionescidas: H3O+ > 107 M pH < 7Bsicas: H3O+ < 107 M pH > 7Neutras: H3O+ = 107 M pH = 7En todos los casos: Kw = H3O+ OH luego si H3O+ aumenta (disociacin de un cido), entonces OH debe disminuir para que el producto de ambas concentraciones contine valiendo 1014 M2

*Grfica de pH en sustancias comunesCIDOBSICO

*Concepto de pOH.A veces se usa este otro concepto, casi idntico al de pH:

Como Kw = H3O+ OH = 1014 M2Aplicando logaritmos y cambiando el signo tendramos: pH + pOH = 14para una temperatura de 25C.

*Ejemplo: El pH de una disolucin acuosa es 12,6. Cual ser la OH y el pOH a la temperatura de 25C?pH = log H3O+ = 12,6, de donde se deduce que: H3O+ = 10pH = 1012,6 M = 2,5 1013 MComo Kw = H3O+ OH = 1014 M2entonces: KW 1014 M2 OH = = = 0,04 M H3O+ 2,5 1013 M

pOH = log OH = log 0,04 M = 1,4Comprobamos como pH + pOH = 12,6 + 1,4 = 14

* Ejercicio A: Una disolucin de cido sulf-rico tiene unadensidad de 1,2 g/ml y una riqueza del 20 % en peso. a) Calcule su concentracin expresada en moles/litro y en gramos/litro. b) Calcule el pH de una disolucin preparada diluyendo mil veces la anterior. a) ms ms % = x 100 = x 100 mdn Vdn x d ms % x d 20 x 1,2 g conc (g/L) = = = = 240 g/L Vdn 100 103 L x 100 ns ms conc(g/L)240 g/L Molaridad = = = = Vdn Vdn x Ms Ms 98 g/molMolaridad = 2,45 mol/Lb) pH = log [H3O+] = log (2 x 2,45x103 M) = 2,35 Problema de Selectividad (Marzo 97)

*Electrolitos fuertes y dbilesElectrolitos fuertes: () Estn totalmente disociadosEjemplos: HCl (ac) Cl + H+ NaOH (ac) Na+ + OH

Electrolitos dbiles: () Estn disociados parcialmenteEjemplos: CH3COOH (ac) CH3COO + H+ NH3 (ac)+ H2O NH4+ + OH

*Electrolitos fuertes y dbiles

*Ejemplo: Justifica porqu el in HCO3 acta como cido frente al NaOH y como base frente al HCl.El NaOH proporciona OH a la disolucin:NaOH (ac) Na+ + OHpor lo que HCO3 + OH CO32 + H2Oes decir, el in HCO3 acta como cido.

El HCl proporciona H+ a la disolucin:HCl (ac) H+ + Clpor lo que HCO3 + H+ H2CO3 (CO2 + H2O)es decir, el in HCO3 acta como base.

*Fuerza de cidos.En disoluciones acuosas diluidas (H2O constante) la fuerza de un cido HA depende de la constante de equilibrio: HA + H2O A + H3O+ A H3O+ A H3O+ Kc = Kc H2O = HA H2O HA constante de disociacin (K acidez)

*Fuerza de cidos (cont.).Segn el valor de Ka hablaremos de cidos fuertes o dbiles:Si Ka > 100 El cido es fuerte y estar disociado casi en su totalidad.Si Ka < 1 El cido es dbil y estar slo parcialmente disociado.Por ejemplo, el cido actico (CH3COOH) es un cido dbil ya que su Ka = 1,8 105 M

*cidos poliprticosSon aquellos que pueden ceder ms de un H+. Por ejemplo el H2CO3 es diprtico.Existen pues, tantos equilibrios como H+ disocie: H2CO3 + H2O HCO3 + H3O+ HCO3 + H2O CO32 + H3O+ HCO3 H3O+ CO32 H3O+ Ka1 = Ka2 = H2CO3 HCO3 Ka1 = 4,5 107 M Ka2 = 5,7 1011 M La constantes sucesivas siempre van disminuyendo.

*Ejemplo: Sabiendo que las constantes de acidez del cido fosfrico son: Ka1 = 7,5 x 103, Ka2=6,2x108 y Ka3 = 2,2 x 1013, calcular las concentraciones de los iones H3O+, H2PO4, HPO42 y PO43 en una disolucin de H3PO4 0,08M. Equilibrio 1: H3PO4 + H2O H2PO4 + H3O+ c. in.(mol/l): 0,08 0 0 c. eq.(mol/l): 0,08 x x x

x = 0,021

*Equilibrio 2: H2PO4+ H2O HPO42 + H3O+ c. in.(mol/l): 0,021 0 0,021 c. eq.(mol/l): 0,021 y y0,021 + y

y = 6,2 x 108 M

Equilibrio 3: HPO42+ H2O PO43 + H3O+ c. in.(mol/l): 6,2 x 108 0 0,021 c. eq.(mol/l): 6,2 x 108 z z0,021 + z

z = 6,5 x 1019 M

*Fuerza de bases.En disoluciones acuosas diluidas (H2O constante) la fuerza de una base BOH depende de la constante de equilibrio: B + H2O BH+ + OH BH+ x OH BH+ x OH Kc = Kc x H2O = B x H2O B (K basicidad)

*Fuerza de cidos y bases (pK)Al igual que el pH se denomina pK a:

pKa= log Ka ; pKb= log Kb

Cuanto mayor es el valor de Ka o Kb mayor es la fuerza del cido o de la base.Igualmente, cuanto mayor es el valor de pKa o pKb menor es la fuerza del cido o de la base.

*Ejemplo: Determinar el pH y el pOH de una disolucin 0,2 M de NH3 sabiendo que Kb (25C) = 1,8 105 M Equilibrio: NH3 + H2O NH4+ + OHconc. in.(mol/l): 0,2 0 0conc. eq.(mol/l): 0,2 x x x NH4+ x OH x2 Kb = = = 1,8 x 105 M NH3 0,2 xDe donde se deduce que x = OH = 1,9 x 103 MpOH = log OH = log 1,9 x 103 = 2,72pH = 14 pOH = 14 2,72 = 11,28

*Relacin entre Ka y Kb conjugadaEquilibrio de disociacin de un cido:HA + H2O A + H3O+ Reaccin de la base conjugada con el agua:A + H2O HA + OH A x H3O+ HA x OH Ka = ; Kb = HA A A x H3O+ x HA x OH Ka x Kb = = KW HA x A

*Relacin entre Ka y Kb conjugada (cont.).En la prctica, esta relacin (Ka x Kb = KW) significa que:Si un cido es fuerte su base conjugada es dbil.Si un cido es dbil su base conjugada es fuerte.A la constante del cido o base conjugada en la reaccin con el agua se le suele llamar constante de hidrlisis (Kh).

*Ejemplo: Calcular la Kb del KCN si sabemos que la Ka del HCN vale 4,9 1010 M.El HCN es un cido dbil (constante muy pequea). Por tanto, su base conjugada, el CN, ser una base relativamente fuerte. Su reaccin con el agua ser: CN + H2O HCN + OH KW 1014 M2 Kb = = = 2,0 x 105 M Ka 4,9 x 1010 M

*Relacin entre la constante y el grado de disociacin En la disociacin de un cido o una base

Igualmente:

En el caso de cidos o bases muy dbiles (Ka/c o Kb/c < 104), se desprecia frente a 1 con lo que: Ka = c 2 (Kb = c 2 )De donde:

* Ejemplo: Una disolucin de HBO2 10-2 M tiene un de pH de 5,6. a) Razone si el cido y su base conjugada sern fuertes o dbiles. b) Calcule la constante de disociacin del cido (Ka). c) Cal-cule, si es posible, la constante de basicidad del ion borato (Kb). d) Si 100 ml de esta disolucin de HBO2 se mezclan con 100 ml de una disolucin 10-2 M de hidrxido sdico, qu concentracin de la base conjugada se obtendr?a) [H3O+] = 10pH = 105,6 = 2,51 x 106 M =[H3O+]/c = 2,51 x 106 M/ 10-2 M = 2,51 x104 lo que significa que est disociado en un 0,025 % luego se trata de un cido dbil. Su base conjugada, BO2, ser pues, relativamente fuerte.b) Ka = c x 2 = 10-2 M x(2,51 x 104)2 = 6,3 x 1010c) Kb = Kw/Ka = 1014/ 6,3 x 1010 = 1,58 x 105d) Se neutralizan exactamente: [BO2] = 5 x 103 MProblema de Selectividad (Marzo 98)

* Ejercicio B: En un laboratorio se tienen dos matraces, uno conteniendo 15 ml de HCl cuya concentracin es 0,05 M y el otro 15 ml de cido etanoico (actico) de concentracin 0,05 M a) Calcule el pH de cada una de ellas. b) Qu cantidad de agua se deber aadir a la ms cida para que el pH de las dos disoluciones sea el mismo? Dato: Ka (cido etanoico) = 1,8 x 10-5

a) HCl es cido fuerte luego est totalmente disociado, por lo que [H3O+] = 0,05 M pH = log [H3O+] = log 0,05 = 1,30 CH3COOH es cido dbil por lo que: Ka 1,8 10-5M = = = 0,019 c 0,05 M [H3O+] = c = 0,05 M x 0,019 = 9,5 x 10-4 M pH = log [H3O+] = log 9,5 x 10-4 = 3,0Problema Selectividad (Junio 98)

*Ejercicio B: En un laboratorio se tienen dos matraces, uno conteniendo 15 ml de HCl cuya concentracin es 0,05 M y el otro 15 ml de cido etanoico (actico) de concentracin 0,05 M a) Calcule el pH de cada una de ellas. b) Qu cantidad de agua se deber aadir a la ms cida para que el pH de las dos disoluciones sea el mismo? Dato: Ka (cido etanoico) = 1,8 x 10-5

b) n (H3O+) en HCl = V x Molaridad = 0,015 l x 0,05 M = = 7,5 x 10-4 mol. Para que el pH sea 3,0 [H3O+] = 10-3 M que ser tambin la [HCl] ya que est totalmente disociado. El volumen en el que debern estar disueltos estos moles es: V = n/Molaridad = 7,5 x 10-4 mol/ 10-3 moll-1 = 0,75 litros Luego habr que aadir (0,75 0,015) litros = 735 mlProblema Selectividad (Junio 98)

*Hidrlisis de salesEs la reaccin de los iones de una sal con el agua.Slo es apreciable cuando estos iones proceden de un cido o una base dbil:Hidrlisis cida (de un catin):NH4+ + H2O NH3 + H3O+ Hidrlisis bsica (de un anin):CH3COO + H2O CH3COOH + OH

*Tipos de hidrlisis.Segn procedan el catin y el anin de un cido o una base fuerte o dbil, las sales se clasifican en:Sales procedentes de cido fuerte y base fuerte. Ejemplo: NaClSales procedentes de cido dbil y base fuerte. Ejemplo: NaCNSales procedentes de cido fuerte y base dbil. Ejemplo: NH4ClSales procedentes de cido dbil y base dbil. Ejemplo: NH4CN

*Sales procedentes de cido fuerte y base fuerte.Ejemplo: NaClNO SE PRODUCE HIDRLISIS ya que tanto el Na+ que es un cido muy dbil como el Cl que es una base muy dbil apenas reaccionan con agua. Es decir los equilibrios:Na+ + 2 H2O NaOH + H3O+ Cl + H2O HCl + OH estn muy desplazado hacia la izquierda.

*Sales procedentes de cido dbil y base fuerte.Ejemplo: Na+CH3COOSE PRODUCE HIDRLISIS BSICA ya que el Na+ es un cido muy dbil y apenas reacciona con agua, pero el CH3COO es una base fuerte y si reacciona con sta de forma significativa: CH3COO + H2O CH3COOH + OH lo que provoca que el pH > 7 (dis. bsica).

*Sales procedentes de cido fuerte y base dbil.Ejemplo: NH4ClSE PRODUCE HIDRLISIS CIDA ya que el NH4+ es un cido relativamente fuerte y reacciona con agua mientras que el Cl es una base dbil y no lo hace de forma significativa: NH4+ + H2O NH3 + H3O+lo que provoca que el pH < 7 (dis. cida).

*Sales procedentes de cido dbil y base dbil.Ejemplo: NH4CNEn este caso tanto el catin NH4+ como el anin CN se hidrolizan y la disolucin ser cida o bsica segn qu ion se hidrolice en mayor grado. Como Kb(CN) = 2 105 M y Ka(NH4+) = 5,6 1010 M , en este caso, la disolucin es bsica ya que Kb(CN) es mayor que Ka(NH4+)

*Ejemplo: Sabiendo que Ka (HCN) = 4,0 1010 M, calcular el pH y el grado de hidrlisis de una disolucin acuosa de NaCN 0,01 M. La reaccin de hidrlisis ser:CN + H2O HCN + OH HCN OH KW Kh(CN) = = = CN 4,0 1010 M 1 1014 M2 Kh(CN) = = 2,5 105 M 4,0 1010 M

*Ejemplo: Sabiendo que Ka (HCN) = 4,0 1010 M, calcular el pH y el grado de hidrlisis de una disolucin acuosa de NaCN 0,01 M. CN + H2O HCN + OHConc inin. (M) 0,010 0Conc equil. (M) 0,01(1) 0,01 0,01 HCN x OH (0,01 )2 M2 2,5 105 M = = CN 0,01(1) MDespreciando frente a 1, se obtiene que = 0,05 KW 1014 M2 H3O+ = = = 2,0 x 1011 M OH 0,01 M x 0,05 pH = log H3O+ = log 2,0 x 1011 M = 10,7

* Ejercicio C: Razone utilizando los equilibrios correspondientes, si los pH de las disoluciones que se relacionan seguidamente son cidos, bsicos o neutros. a) Acetato potsico 0,01 M; b) Nitrato sdico 0,01 M; c) Sulfato amnico0,01 M; d) Hidrxido de bario 0,01 M.

a) Acetato potsico: pH bsico, ya que CH3COO + H2O CH3COOH + OH por ser el c. acetico dbil, mientras que el K+ no reacciona con agua por ser el KOH base fuerte.b) nitrato sdico: pH neutro, ya que ni el anin NO3 ni el catin Na+ reaccionan con agua por proceder el primero del HNO3 y del NaOH el segundo, ambos electrolitos fuertes.Problema de Selectividad (Septiembre 98)

* Ejercicio C: Razone utilizando los equilibrios correspondientes, si los pH de las disoluciones que se relacionan seguidamente son cidos, bsicos o neutros. a) Acetato potsico 0,01 M; b) Nitrato sdico 0,01 M; c) Sulfato amnico0,01 M; d) Hidrxido de bario 0,01 M.

c) Sulfato amnico: pH cido, ya que NH4+ + H2O NH3 + H3O+ por ser el amoniaco dbil, mientras que el SO42 no reacciona con agua por ser el H2SO4 cido fuerte.d) hidrxido de bario: pH bsico pues se trata de una base fuerte (los hidrxidos de los metales alcalinos y alcalino-trreos son bases bastantes fuertes)Problema de Selectividad (Septiembre 98)

*Disoluciones amortiguadoras (tampn) Son capaces de mantener el pH despus de aadir pequeas cantidades tanto de cido como de base. Estn formadas por:Disoluciones de cido dbil + sal de dicho cido dbil con catin neutro:Ejemplo: cido actico + acetato de sodio.Disoluciones de base dbil + sal de dicha base dbil con anin neutro:Ejemplo: amoniaco y cloruro de amonio.

*Variacin del pH al aadir pequeas cantidades de NaOH o HCl

*Ejemplo: Calcular el pH de una disolucin tampn formada por una concentracin 0,2 M de cido actico y 0,2 M de acetato de sodio. Ka (CH3COOH) = 1,8 105 M. El acetato est totalmente disociado:CH3COONa CH3COO + Na+El cido actico se encuentra en equilibrio con su base conjugada (acetato):H2O + CH3COOH CH3COO + H3O+cin (M) 0,2 0,2 0ceq (M) 0,2 x 0,2 + x x

*Ejemplo: Calcular el pH de una disolucin tampn formada por una concentracin0,2 M de cido actico y 0,2 M de acetato de sodio. Ka (CH3COOH) = 1,8 105 M CH3COO H3O+ (0,2+x) x M2 1,8 105 M = = CH3COOH (0,2 x) M

De donde se deduce que:x = H3O+ = 1,8 105 M

pH = log H3O+ = 4,74

*Ejercicio: Cmo variar el pH de la disolucin anterior al aadir a un 1 litro de la misma : a) 0,01 moles de NaOH;b) 0,01 moles de HCl? a) Al aadir NaOH (Na+ + OH), se producir la neutralizacin del cido actico: CH3COOH + NaOH CH3COO + Na+ + H2OSuponiendo que la adicin de la base apenas afecta al volumen: [CH3COOH] = (0,2 0,01)/1 M = 0,19 M [CH3COO] = (0,2 + 0,01)/1 M = 0,21 M H2O + CH3COOH CH3COO + H3O+ cin (M) 0,19 0,21 0 ceq (M) 0,19 x 0,21 + x x

*Ejercicio: Cmo variar el pH de la disolucin anterior al aadir a un 1 litro de la misma : a) 0,01 moles de NaOH;b) 0,01 moles de HCl? (0,21 + x) x M2 1,8 105 M = (0,19 x) MDe donde se deduce que x = H3O+ = 1,63 105 M pH = log H3O+ = 4,79b) Al aadir HCl (H3O+ + Cl), los H3O+ reaccionarn con los CH3COO: CH3COO+ HCl CH3COOH + Cl[CH3COOH] = (0,2 + 0,01) /1 M = 0,21 M [CH3COO] = (0,2 0,01) /1 M = 0,19 M Repitiendo el proceso obtenemos que pH = 4,70

*Indicadores de pH (cido- base) Son sustancias que cambian de color al pasar de la forma cida a la bsica: HIn + H2O In + H3O+ forma cida forma bsicaEl cambio de color se considera apreciable cuando [HIn] > 10[In] o [HIn]< 1/10[In] In H3O+ HIn Ka = H3O+ = Ka HIn In pH = pKa + log In / HIn = pKa 1

*Algunos indicadores de pH

IndicadorColor forma cidaColor forma bsicaZona de viraje (pH)Violeta de metiloAmarilloVioleta0-2Rojo CongoAzulRojo3-5Rojo de metiloRojoAmarillo4-6TornasolRojoAzul6-8FenolftalenaIncoloroRosa8-10

*Valoraciones cido-baseValorar es medir la concentracin de un determinado cido o base a partir del anlisis volumtrico de la base o cido utilizado en la reaccin de neutralizacin.

*Grfica de valoracin de vinagre con NaOH

*Valoraciones cido-base.La neutralizacin de un cido/base con una base/cido de concentracin conocida se consigue cuando n(OH) = n(H3O+).La reaccin de neutralizacin puede escribirse: b HaA + a B(OH)b BaAb + ab H2OEn realidad, la sal BaAb (aBb+ + bAa) se encuentra disociada, por lo que la nica reaccin es: H3O+ + OH 2 H2On(cido) x a = n(base) x b

* Valoraciones cido-baseVcido x [cido] x a = Vbase x [base] x bTodava se usa mucho la concentracin expresada como Normalidad:Normalidad = Molaridad x n (H u OH) Vcido x Ncido = Vbase x NbaseEn el caso de sales procedentes de cido o base dbiles debe utilizarse un indicador que vire al pH de la sal resultante de la neutralizacin.Simulacin

*Ejemplo: 100 ml de una disolucin de H2SO4 se neutralizan con 25 ml de una disolucin 2M de Al(OH)3 Cul ser la [H2SO4]?3 H2SO4 + 2 Al(OH)3 3SO42 +2Al3+ + 6 H2O25 ml x 2 M x 3 = 100 ml x Mcido x 2De donde: 25 ml x 2 M x 3 Mcido = = 0,75 M 100 ml x 2 [H2SO4] = 0,75 M Vcido x Ncido = Vbas x Nbase (Nbase= 3 x Mbase)100 ml x Ncido = 25 ml x 6 N Ncido = 1,5 N Mcido= Ncido/2 = 0,75 M Vdeo

*Ejemplo: 100 ml de una disolucin de H2SO4 se neutralizan con 25 ml de una disolucin 2M de Al(OH)3 Cul ser la [H2SO4]?Podramos haber calculado n(H2SO4) a partir del clculo estequiomtrico, pues conocemos n(Al(OH)3 = V M = 25 ml 2M = 50 mmoles3 H2SO4 + 2 Al(OH)3 3SO42 +2Al3+ + 6 H2O3 mol H2SO4 2 mol Al(OH)3 = n(H2SO4) 50 mmolesn(H2SO4) = 75 mmol n (H2SO4) 75 mmol [H2SO4] = = = 0,75 M V(H2SO4) 100 ml

* Ejercicio D: Si 10,1 ml de vinagre han necesitado 50,5 ml de una base 0,2 N para su neutralizacin. a) Cul ser la normalidad del cido en el vinagre; b) Suponiendo que su acidez se debe al cido actico (cido etanoico). Cul es el porcentaje en peso del cido actico si la densidad del vinagre es de 1,06 g/ml?a) Vcido x Ncido = Vbase x Nbase 50,5 ml x 0,2 N Ncido = = 1 N Mcido = 1 M 10,1 ml b) Supongamos que tenemos un litro de vinagre:m(. actico) = Molaridad x M x V = = 1 mol/L x 60 g/mol x 1 L = 60 g msoluto 60 g % = x 100 = x 100 = 5,66 % mdisolucin 1060 g

Problema de Selectividad (Septiembre 97)