ACIDOS Y BASES ACIDOS Y BASES

11

22

En 1680 Robert Boyle notó que los En 1680 Robert Boyle notó que los ácidosácidos disolvían muchas sustancias, cambiaban el color disolvían muchas sustancias, cambiaban el color de algunos pigmentos naturales y perdían sus de algunos pigmentos naturales y perdían sus propiedades características cuando se mezclaban propiedades características cuando se mezclaban con con basesbases..

En 1814 J. Gay-Lussac concluyó que los ácidos En 1814 J. Gay-Lussac concluyó que los ácidos neutralizaban a las bases y que los dos tipos de neutralizaban a las bases y que los dos tipos de sustancias deberían definirse en términos de sus sustancias deberían definirse en términos de sus reacciones entre sí.reacciones entre sí.

33

TEORIA DE ARRHENIUSTEORIA DE ARRHENIUS

ACIDO: ACIDO: Cualquier sustancia que en Cualquier sustancia que en solución acuosasolución acuosa produce iones produce iones HH++..

HH22O+ HCl O+ HCl H H33OO++ + Cl + Cl--

BASE: BASE: Cualquier sustancia que en Cualquier sustancia que en solución acuosasolución acuosa produce iones produce iones OH-OH-..

NHNH33+ H+ H22OO NH NH44++ + OH + OH--

44

TEORIA DE BRONSTED LOWRYTEORIA DE BRONSTED LOWRY

ÁCIDO:ÁCIDO: Toda sustancia que es capaz de Toda sustancia que es capaz de ceder iones Hceder iones H++

BASE:BASE: Toda sustancia capaz de aceptar iones Toda sustancia capaz de aceptar iones HH++

HCl + NHHCl + NH33 Cl Cl-- + NH4 + NH4++

Acido1Acido1 base 2base 2 base1base1 ácido 2ácido 2

Según esta teoría, no es mas que una competencia Según esta teoría, no es mas que una competencia entre ácidos y bases por el Hentre ácidos y bases por el H++

55

Lewis presentó una teoría ácido base más Lewis presentó una teoría ácido base más completa:completa:

Un ácido es cualquier especie que puede Un ácido es cualquier especie que puede aceptar compartir un par de electrones. aceptar compartir un par de electrones.

Una base es cualquier especie que puede Una base es cualquier especie que puede donar un par de electronesdonar un par de electrones..

Dado que muchas reacciones químicas Dado que muchas reacciones químicas importantes ocurren en disolución acuosa, importantes ocurren en disolución acuosa, o en contacto con el agua, usaremos la o en contacto con el agua, usaremos la teoría de teoría de Brønsted y LowryBrønsted y Lowry debido a que debido a que resulta especialmente útil.resulta especialmente útil.

66

La disociación de un ácido en agua no es La disociación de un ácido en agua no es mas que un caso particular en que el ácido mas que un caso particular en que el ácido y el agua (y el agua (basebase) compiten por el ) compiten por el HH++ del del ácido.ácido.

La disociación de una base en agua no es La disociación de una base en agua no es mas que un caso particular en que la base mas que un caso particular en que la base y el agua (y el agua (ácidoácido) compiten por el ) compiten por el HH++ del del ácido.ácido.

HCl (ac) + H2O (l) H3O+ (ac) + Cl (ac)

Acido1 base2 base1 acido2

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

Base1 ácido2 ácido1 base2

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COMPORTAMIENTO ÁCIDO - BASE DEL AGUACOMPORTAMIENTO ÁCIDO - BASE DEL AGUA

Vemos que el agua se puede Vemos que el agua se puede comportar como:comportar como:

– ÁcidoÁcido: : cediendo Hcediendo H++ a bases a bases..– BaseBase: : aceptando Haceptando H++ de ácidos de ácidos..

Decimos que el agua tiene Decimos que el agua tiene comportamiento comportamiento ANFÓTEROANFÓTERO

88

FUERZA DE LOS ÁCIDOS Y LAS BASESFUERZA DE LOS ÁCIDOS Y LAS BASES Debido a que las reacciones ácido-base se Debido a que las reacciones ácido-base se

manifiestan por transferencias de Hmanifiestan por transferencias de H+ + tenemos tenemos que son:que son:

– Ácidos fuertesÁcidos fuertes: : cuando tienen una cuando tienen una gran gran tendenciatendencia a liberar H a liberar H++..

– Ácidos débilesÁcidos débiles: : cuando tienen una cuando tienen una tendencia tendencia débildébil a ceder los H a ceder los H++..

– Bases fuertesBases fuertes: : cuando tienen una cuando tienen una fuerte fuerte tendenciatendencia para arrancar H para arrancar H+ + ( aceptarlos).( aceptarlos).

– Bases débilesBases débiles: : cuando tienen una cuando tienen una débil débil tendenciatendencia para arrancar los H para arrancar los H+ + (aceptarlos)(aceptarlos)..

99

• HCl

• HI

• HBr

• H2SO4

• HClO4

• HNO3

Ácidos fuertes

1010

• NaOH

• LiOH

• KOH

• Ca(OH)2

• Sr(OH)2

• Ba(OH)2

Bases fuertes

1111

Constante de equilibrio ácidaConstante de equilibrio ácidaPara la disociación de un ácido débil, Para la disociación de un ácido débil,

tenemos:tenemos:

La constante de disociación de la reacción es:La constante de disociación de la reacción es:

Ka = Ka = [ A[ A--][H][H3OO++]]

[HA][HA] Si el ácido es fuerte: Ka>>1Si el ácido es fuerte: Ka>>1 Si el ácido es débil: Ka<1Si el ácido es débil: Ka<1

HA + H2O H3O+ + A-

1212

Constante de equilibrio básicaConstante de equilibrio básica

Para una base débil se puede llegar a la Para una base débil se puede llegar a la misma conclusión:misma conclusión:

Kb = Kb = [ OH[ OH--][BH][BH++]]

[B][B]

Si la base es fuerte: Kb>>1Si la base es fuerte: Kb>>1 Si la base es débil: Kb<1Si la base es débil: Kb<1

B + H2O BH+ + OH-

1313

Autoionización del aguaAutoionización del agua

El agua es un electrolito El agua es un electrolito extremadamente débil y está muy extremadamente débil y está muy poco disociado en sus iones.poco disociado en sus iones.

La autoionización del agua se puede La autoionización del agua se puede representar mediante la siguiente representar mediante la siguiente reacción:reacción:

HH22O HO H+++ OH+ OH--

2 H2 H22O HO H33OO++ + OH + OH--

1414

La expresión de la constante de La expresión de la constante de equilibrio para esta reacción se la equilibrio para esta reacción se la puede expresar como:puede expresar como:

Entonces:Entonces:

Asi:Asi:

1515

pH y otras funciones logarítmicaspH y otras funciones logarítmicas Dado que la mayoría de las Dado que la mayoría de las

concentraciones de especies en concentraciones de especies en solución acuosa son potencias solución acuosa son potencias negativas de 10, se define el operador negativas de 10, se define el operador matemático: matemático:

“p = - log”

1616

Para una especie de concentración C:Para una especie de concentración C:

En el caso de la especie HEn el caso de la especie H++: :

El operador “p” también puede El operador “p” también puede aplicarse a constantes de equilibrio: aplicarse a constantes de equilibrio:

Para un ácido de Ka = 1 x 10Para un ácido de Ka = 1 x 10-5-5::

pC = - log C

pH = - log [H+]

pKa = - log Ka = 5

1717

pHpHIndica la [ HIndica la [ H++ ] en la solución. ] en la solución.

Mientras mas fuerte sea el ácido, mayor será la [HMientras mas fuerte sea el ácido, mayor será la [H++] ]

Se define el pH de una solución como:Se define el pH de una solución como:

pH = - log [HpH = - log [H++] = log 1/[H] = log 1/[H++]]

1818

Kw = [H+] [OH-] = 1x 10Kw = [H+] [OH-] = 1x 10-14-14

Si aplicamos - log:Si aplicamos - log:

- log Kw- log Kw = - log [H+] [OH-] = - log 1x 10 = - log [H+] [OH-] = - log 1x 10-14-14

pKwpKw = - log [H+] – log [OH-] = 14 = - log [H+] – log [OH-] = 14

pKw = pH + pOH = 14pKw = pH + pOH = 14

Definición de pOHDefinición de pOH

Definimos pOH como:Definimos pOH como:

pOH = - log [OH-] = log 1/[OH-]pOH = - log [OH-] = log 1/[OH-]

2020

ESCALA DE pHESCALA DE pH

2121

La reacción de un ácido con una base se La reacción de un ácido con una base se llama llama neutralizaciónneutralización..

HH++ + OH + OH-- H H22OO

Ácido + base Ácido + base sal + aguasal + agua

HCl + OHHCl + OH-- ClNa + H ClNa + H22OO

AcidoAcido base base sal aguasal agua

2222

BUFFERS O SOLUCIONES BUFFERS O SOLUCIONES TAMPONESTAMPONES

Son soluciones que mantienen prácticamente Son soluciones que mantienen prácticamente constantes los valores de pH con pequeños constantes los valores de pH con pequeños agregados de ácidos o bases, ya que contienen agregados de ácidos o bases, ya que contienen tanto especies ácidas que neutralizan los tanto especies ácidas que neutralizan los OHOH y y especies básicas que neutralizan los especies básicas que neutralizan los HH++

Formadas por un ácido o una base débil y su par Formadas por un ácido o una base débil y su par conjugado (sal).conjugado (sal).

Ej: ácido acético/acetato de sodioEj: ácido acético/acetato de sodioamoniaco/cloruro de amonioamoniaco/cloruro de amonio

2323

Soluciones amortiguadoras ó Soluciones amortiguadoras ó reguladorasreguladoras

1. 1. Sistema Ácido - Sal:Sistema Ácido - Sal: Constituido por un ácido débil Constituido por un ácido débil y una sal de ese ácido (una base fuerte). y una sal de ese ácido (una base fuerte).

Ejemplo: HAc / NaAc; HCN / NaCN.Ejemplo: HAc / NaAc; HCN / NaCN.

2. 2. Sistema Base - SalSistema Base - Sal: constituido por una base débil: constituido por una base débil y una sal de esa base (un ácido fuerte).y una sal de esa base (un ácido fuerte).

Ej.: NHEj.: NH33 / NH / NH44ClCl..

HA (ac) A- (ac) + H+ (ac)Ácido Base conjugada protón

Ka =

[H+] [A-]

[HA]

[H+] =Ka [HA]

[A-]

[A-]- log [H+] = - log Ka – log [HA]

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

2525

pH = pK + log [base conjugada]

[Acido]

[Ac-]pH = pK + log

[AH]

Para el HAc/NaAc

Para el NH4+/NH3 [NH3]pH = pK + log

[NH4+]

Para el H2PO4-/ HPO4

2- [HPO42-]

pH = pK + log

[H2PO4-]

2626

CAPACIDAD AMORTIGUADORACAPACIDAD AMORTIGUADORA

Es la cantidad de acido o base que el Es la cantidad de acido o base que el amortiguador puede aceptar antes amortiguador puede aceptar antes que el pH comience a cambiar en un que el pH comience a cambiar en un grado apreciable.grado apreciable.

Depende de las cantidades relativas Depende de las cantidades relativas de acido y base que constituyen al de acido y base que constituyen al amortiguador o bufferamortiguador o buffer

HA (ac) A- (ac) + H+ (ac)Ácido Base conjugada protón

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

Si agrego OH, reaccionaran con el componente ácido del buffer (HA), para dar H2O y A- (componente básico)

Si agrego H+, reaccionaran con el componente básico del buffer (A-), para dar H2O y HA (componente ácido)

2828

Efecto de ion comúnEfecto de ion común

2929

Principales soluciones Principales soluciones reguladoras del organismoreguladoras del organismo

•Sistema carbonato/ bicarbonato: Na2CO3 / NaCO3

-

•Sistema fosfatos: Na2HPO4 / NaH2PO4

•Sistema de las proteínas

3030

ION DIPOLAR O ZWITTERIONION DIPOLAR O ZWITTERION::todos los aminoácidos en

solución acuosa se encuentran como “ión dipolar"