cap 2 acidos y bases

Capítulo 2 Ácidos y

bases

Ácidos y bases Brønsted–LowryUn ácido es una especie donadora de protonesUna base es una especie aceptora de protones


ácido base


ácido base

ácidobase


ácido base

ácidobase

Note que el agua puede actuar como ácido o como base

Ácidos y bases Brønsted–Lowry


ácido base


ácido base

La especie resultante después de donar un protón es la base conjugada.

base conjugada


ácido base


ácido conjugado

base conjugada

La especie resultante después de aceptar un protón es el ácido conjugado.


ácido base


ácido conjugado

base conjugada

Toda reacción ácido–base que implique la transferencia de un protón tiene dos pares conjugados ácido–base.

La especie resultante después de aceptar un protón es el ácido conjugado.

Ácidos y bases de Lewis


Un ácido de Lewis es una especie que acepta un par de electrones. (piense en un orbital vacío)



(piense en un orbital lleno)

Una base de Lewis es una especie que dona un par de electrones.



(piense en un orbital lleno)

Una base de Lewis es una especie que dona un par de electrones.

Al resultado de una reacción ácido–base de Lewis a menudo se le llama aducto.

ácido de Lewis

base de Lewis


ácido de Lewis

base de Lewis

Pobre en electrones

Rico en electrones


ácido de Lewis

base de Lewis

Aductor

Pobre en electrones

Rico en electrones

Nuevo enlace covalente


Los ácidos de Lewis no siempre tienen que ser donadores de protones, pueden además participar como aceptores de pares de electrones.


ácido de Lewis

base de Lewis

Pobre en electrones

Rico en electrones



ácido de Lewis

base de Lewis Aductor

Pobre en electrones

Rico en electrones

Nuevo enlace covalente



Ejemplos de ácidos de Lewis:



Fe3+ AlCl3 H3O+



Fe3+ AlCl3 H3O+

Ejemplos de bases de Lewis:


pH

La concentración de iones de hidrógeno se utiliza como una medida de acidez

Esta concentración se expresa como pHpH = – log[H3O+]

Cuanto más alta sea la concentración, más ácida será la solución y más bajo será el pH

pH

Agua neutral: [H3O+] = 1.0 × 10–7 M pH = – log[H3O+] = 7

pH < 7.00 Solución ácida pH = 7.00 Solución neutra pH > 7.00 Solución básica

La constante de disociación, Ka

La fuerza de un ácido se representa por su constante de disociación (constante de acidez), Ka

Ka=producto de las concentraciones de la especies ionizadas

concentración del ácido protonado


La fuerza de un ácido se representa por su constante de disociación (constante de acidez), Ka

Ka=producto de las concentraciones de la especies ionizadas

concentración del ácido protonado

Ka =


La Ka implica las concentraciones del ácido y los iones


La Ka implica las concentraciones del ácido y los iones

Ka > 1 Productos ionizados mayores que el ácido intacto.

Ka < 1 Productos ionizados menores que el ácido intacto.

Ka >> 1 Se completa la ionización (ácido fuerte).(por ejemplo, > 103)

Ka << 1 No hay ionización en una cantidad importante. (por ejemplo, < 10–3)


Puesto que los valores Ka para los diversos ácidos tienen un rango tan amplio, una forma más manejable de analizar esta medición de la acidez es usar

pKa = – log (Ka)


Puesto que los valores Ka para los diversos ácidos tienen un rango tan amplio, una forma más manejable de analizar esta medición de la acidez es usar

Comparación de los valores pKa y Ka

pKa 14121086420

ácidos fuertes ácidos débiles

Ka10-1410-1010-610-2

Cuanto más pequeño sea el valor de pKa más fuerte será el ácido.

-2

102

Fuerza de los ácidosHA + H2O H3O+ + A-

La diferencia entre un ácido fuerte y un ácido débil se puede describir mediante la estabilidad de la base conjugada.


HA

ENERGÍA



HA

A- ÁCIDO DÉBIL

ENERGÍA



HA

A-Tiene una base conjugada fuerte(∴una energía mayor)

ÁCIDO DÉBIL

ENERGÍA



HA

A-

A-

Tiene una base conjugada fuerte(∴una energía mayor)

ÁCIDO DÉBIL

ÁCIDO FUERTE

ENERGÍA



HA

A-

A-


ÁCIDO DÉBIL

ÁCIDO FUERTE

ENERGÍA


Tiene una base conjugada débil(∴una energía menor)


HA

A-

A-


ÁCIDO DÉBIL

ÁCIDO FUERTE

ENERGÍA

Ionización más sencilla


Tiene una base conjugada débil(∴una energía menor)

Una base conjugada más estable significa un ácido más fuerte.

Fuerza de los ácidos


HA

ENERG ÍA



HA

ENERG ÍA

A-



HA

estabilización

ENERG ÍA

A-

A-


Los factores que influyen en la estabilidad de una base conjugada incluyen:

• Resonancia



• Resonancia• Electronegatividad



• Resonancia• Electronegatividad• Tamaño atómico



• Resonancia• Electronegatividad• Tamaño atómico• Hibridación



• Resonancia• Electronegatividad• Tamaño atómico• Hibridación• Efectos inductivos


Más o mejores estructuras de resonancia de la base conjugada conducen a un ácido más fuerte.

Efectos de resonancia

Aumento en la calidad de la resonancia


18

10

5

45

30

25

20

9

28

25

15

Valores pKa

Aumento en la calidad de la resonancia


El ión acetato

ácido acético


El ión acetato

ión acetato

ácido acético


El ión acetato

ión acetato

ácido acético

La resonancia estabilizó las estructuras equivalentes (cargas en los oxígenos)


El ión fenolatoEfectos de resonancia

-


-

Más estructuras de resonancia, pero no más estables que las estructuras no equivalentes del acetato (note las cargas en el carbono y el oxígeno)


Colocar la carga negativa sobre un elemento más electronegativo (del mismo periodo) en la base conjugada, conduce a una ácido más fuerte.

Electronegatividad

Electronegatividad

CH4

NH3

H2O

HF

RCH3

RNH2

ROH

ElectronegatividadAumento de la electronegatividad

CH4

NH3

H2O

HF

RCH3

RNH2

ROH

ElectronegatividadValores pKa

Aumento de la electronegatividad

20

15

5

CH4

NH3

H2O

HF

>45

34

16

3.5

RCH3

RNH2

ROH

45

35

18

ElectronegatividadValores pKa


20

15

5

CH4

NH3

H2O

HF

>45

34

16

3.5

RCH3

RNH2

ROH

45

35

18

Considere las bases conjugadas

Valores pKa

Considere las bases conjugadas


20

15

5

CH4

NH3

H2O

HF

> 45

34

16

3.5

RCH3

RNH2

ROH

45

35

18

Electronegatividad

Tamaño atómico

Colocar la carga negativa sobre un átomo más grande (del mismo grupo) en la base conjugada, conduce a un ácido más fuerte.

H2O

H2S

H2Se

H2Te

HF

HCl

HBr

HI

Tamaño atómico

Aumento del tamaño

H2O

H2S

H2Se

H2Te

HF

HCl

HBr

HI

Tamaño atómico

Valores pKaAumento del tamaño

H2O

H2S

H2Se

H2Te

16

7

4

3

HF

HCl

HBr

HI

3.5

– 7

– 9

– 10

Tamaño atómico

Valores pKaAumento del tamaño

H2O

H2S

H2Se

H2Te

16

7

4

3

Considere los radios iónicos

HF

HCl

HBr

HI

3.5

– 7

– 9

– 10

Tamaño atómico

F–

Cl–

I–

Br–

Valores pKa

Considere los radios iónicos

Aumento del tamaño

HF

HCl

HBr

HI

3.5

–7

–9

–10

H2O

H2S

H2Se

H2Te

16

7

4

3

1.36 Å

1.81 Å

1.95 Å

2.16 Å

Electronegatividad

Hibridación

• Más caracter s en el orbital que lleva la carga negativa en la base conjugada conduce a un ácido más fuerte.

sp3> 45 -1.74

pKapKa

Hibridación

sp3

sp2

> 45

35

-1.74

-7

pKapKa

Hibridación

sp3

sp2

sp

> 45

35

25

-1.74

-7

pKapKa

Hibridación

sp3

sp2

sp

> 45

35

25

Conforme los electrones de los orbitales híbridos se acercan más al núcleo, tienen menos energía

-1.74

-7

:

:

:pKa

pKa

Hibridación

Efectos inductivos

Los efectos de rechazo electrónico debido a las diferencias en la electronegatividad alejan la densidad electrónica del extremo cargado negativamente de la base conjugada, lo que baja la energía y estabiliza la base conjugada, haciendo que el ácido sea más fuerte.

Los efectos de electrón-dador debidos a las diferencias en la electronegatividad empujan la densidad electrónica hacia el extremo cargado negativamente de la base conjugada, lo que aumenta la energía y desestabiliza la base conjugada, haciendo que el ácido sea más débil.

Efectos inductivos

Grupos electrón-atrayente

F, Cl, Br, O, N

Efectos inductivos


F, Cl, Br, O, Nlos elementos electronegativos alejan la densidad electrónica del carbono

Efectos inductivos


F, Cl, Br, O, N R, CH3, B, Silos elementos electronegativos alejan la densidad electrónica del carbono

Grupos electrón-dador

Efectos inductivos



los grupos alquilo y los elementos con electronegatividad menor que el carbono empujan la densidad electrónica hacia el carbono


Efectos inductivos



los grupos alquilo y los elementos con electronegatividad menor que el carbono empujan la densidad electrónica hacia el carbono

Recuerde, los grupos electrón-dador y electrón-atrayente trabajan juntos mediante el sistema de enlace σ, mientras que los grupos de resonancia trabajan mediante el sistema π.


Efectos inductivos

El cloro ayuda a estabilizar el -CO2

_ al rechazar los electrones

Efectos inductivos

El cloro ayuda a estabilizar el -CO2

_ al rechazar los electrones

Este efecto disminuye con la distancia—éste se extiende a unos tres enlaces

Efectos inductivos

Efectos inductivos


Aumento de la sustitución

Efectos inductivos

3.13

2.87

2.81

2.66

4.75

2.81

1.29

0.65

Valores pKa



Efectos inductivos

2.814.75pKa:


0.65

Efectos inductivos

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