Ácidos y basesdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/acidosybases_5827.pdf · definición de lux y...
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Ácidos y Bases
Ácidos y Bases
Hidrógeno
Hidrógeno
Oxígeno
Solución
Solución
neutra
neutra
0
Al3+
1+
Al3+
HH Al(H
2O) 4(OH) 2 1+
2+
Al3+
HH
Al(H
2O) 5 (OH)2+
Solución
Solución
ácida
ácida
Al3+
3+
Al(H
2O) 6 3+
1-
Al3+
HH
Al(H
Al(H
22O)
O) 2 2 (OH)
(OH) 4 4 1 1 --
Solución
Solución
básica
básica
3-
Al3+
HH
Al(O
H) 63 -
2-
Al3+
HH
Al(H
2O)(OH) 5 2 -
neutra
neutra
(insoluble)
(insoluble)
Al3+
HH
Al(H
Al(H
22O)
O) 3 3 (OH)
(OH) 33
O 2-Na+
Na+
Hidrólisis de un óxido
HH
O
Na+
2 -
Na+
ion óxido
ion sodio
Na+
Na+
H
O
O
HH
H
+
ion
hidróxido
2 -
H
O
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
H
O
H
O
H
O
H
O
Concepto ácido -
base
base
Definición de Arrhenius
�Toda sustancia que cede protones es
ácida
�Toda sustancia que cede iones oxhidrilo
es básica
es básica
Definición de
Definición de Brönsted
Brönsted
y y Lowry
Lowry
(1923)
(1923)
�Ácidos son donadores de protones
�Bases son aceptores de protones
Sistemas conjugados
Sistemas conjugados
Sistemas conjugados
Sistemas conjugados
Esta definición se aplica a todos los
Esta definición se aplica a todos los
disolventes
disolventes protonados
protonados..
Esta definición se aplica a todos los
Esta definición se aplica a todos los
disolventes
disolventes protonados
protonados..
2 HO
H3O++ OH-
2 H2O
H3O++ OH-
Disolvente Ácido
Base
Disolvente Ácido
Base
NH4++ S=
NH3+ HS-
ÁÁcido
cido
11Base
Base
22Base
Base
1 1 Ácido
Ácido
22ÁÁcido
cido
11Base
Base
22Base
Base
1 1 Ácido
Ácido
22
Definición de Lux y Flood
Definición de Lux y Flood
Desarrollada para la química de materiales
sólidos.
�Base es un donador de O2-
Desarrollada para la química de materiales
sólidos.
�Base es un donador de O2-
�Base es un donador de O2-
�Ácido un aceptor de O
2-
�Base es un donador de O2-
�Ácido un aceptor de O
2-
CaO
+ SiO
2CaSiO
3
Base Ácido
Base Ácido
Base Ácido
Base Ácido
Sal neutra
Sal neutra
Definición de Lew
is
(192
3)Definición de Lew
is
(192
3)
��Ácido es un aceptor de un par de
Ácido es un aceptor de un par de
electrones
electrones
��Base es un donador de un par de
Base es un donador de un par de
electrones
electrones
��Ácido es un aceptor de un par de
Ácido es un aceptor de un par de
electrones
electrones
��Base es un donador de un par de
Base es un donador de un par de
electrones
electrones
��Base es un donador de un par de
Base es un donador de un par de
electrones
electrones
��Base es un donador de un par de
Base es un donador de un par de
electrones
electrones
Se forman
Se forman aductos
aductos
RR 33N: + BF
N: + BF 33
Se forman
Se forman aductos
aductos
RR 33N: + BF
N: + BF 33
RR 33NN
BFBF33
Base Á
cido A
ducto
Definición con base en
el sistema disolvente
Definición con base en
el sistema disolvente
��Ácido es una especie que
Ácido es una especie que
increm
enta
increm
enta
la concentración del catión
la concentración del catión
la concentración del catión
la concentración del catión
característico del disolvente
característico del disolvente
��Base es la especie que incrementa
Base es la especie que incrementa
la concentración característica del
la concentración característica del
anión del disolvente
anión del disolvente
Definición con base en
el sistema disolvente
Definición con base en
el sistema disolvente
Catión es el ácido en el caso del agua
Catión es el ácido en el caso del agua
el catión característico es el H
el catión característico es el H++
Anión es la base, en el caso del agua
Anión es la base, en el caso del agua
Anión es la base, en el caso del agua
Anión es la base, en el caso del agua
el catión característico es el OH
el catión característico es el OH--
H2O + HClO4
H3O
++ ClO
4-
NH3+ HClO4
NH4+
+ ClO
4-
Concepto general de
acidez y basicidad
Concepto general de
acidez y basicidad
�Ácido es un carácter positivo de una
especie química que decrece durante
una reacción
especie química que decrece durante
una reacción
�Base es un carácter negativo de una
especie química que decrece durante
una reacción
Acidez, Basicidad y
Anfoterismo
Acidez, Basicidad y
Anfoterismo
�Los óxidos de metales son básicos
�Los óxidos de no metales son
�Los óxidos de no metales son
ácidos
�Los metales muy polarizantesque
imparten carácter covalente a los
compuestos iónicos son anfóteros
Influencia de los sustituyentes
en la basicidad de las
aminas
....
Aum
ento de la
basicidad
NH
HH
NF
FF
NCH
3C
H3C
H3
..
Triflouroam
ina
Amoníaco
Trimetilamina
Efectos estéricos sobre
la acidez o basicidad
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
sp3
Aum
ento de la
basicidad
NC
H3C
H3
N
3
CH3
CH3
CH3
CH3 C
H3
CH3
NCH3
CH3
CH3
sp3
sp2
Acidez de los oxi-ácidos
ClClOOHH
ClClOOHH
ClClOOHH
ClClOOHH
OOOO
OOOO
OOOO
Aum
ento de acidez
Aum
ento del núm
ero de oxígenos respecto al de
hidrógenos
Acidez de los oxi-ácidos
ClClOOHH
Mn
Mn
OOHH
ClCl
OOOO
OO
Mn
Mn
OOOO
OO
Aum
ento de acidez
Aum
ento de electronegatividad del elemento
central
CH
H
H
CO
H
O
Cl CCl
Cl
CO
H
O
pKa= 8.0 –9.0 m + 4.0 n
m= carga formal de X, n = b-a
HaXOb
Medida de la fuerza
ácido-base
Afinidad protónica
�Seobtieneutilizandola
técnicade
espectroscopia
deresonancia
del
espectroscopia
deresonancia
del
ion
ciclotrón,
que
mide
lacompetencia
dedosbasesporun
protón
enfase
gaseosa,
deesta
form
ano
están
presentes
los
efectosde
solvatación
Medida de la fuerza
ácido-base
�Drago
yWayland
propusierondosparámetrospara
expresar
lafuerza
deácidos
ybases:
-∆H=E AE B
+C AC B
�Donde
∆H
esla
entalpía
deformacióndeladucto
ácido–base
deLewis.E
yC
sonparámetros
ácido–base
deLewis.E A
yC A
sonparámetros
característicosdelácido
y,E B
yC B
delabase.
�Elparámetro
Ese
interpreta
comolasusceptibilidad
delas
especies
para
inducir
una
interacción
electrostática
yC
para
lasusceptibilidad
delas
especies
para
inducirun
enlace
covalente..
Medida de la fuerza
ácido-base
�Ácidos duros y blandos
�En la química de coordinación se
observaron ciertas tendencias en la
estabilidad de los complejos metálicos.
estabilidad de los complejos metálicos.
Uno de las correlaciones fue la serie de
estabilidad de Irving-W
illiams. Para un
ligante dado la estabilidad de los
complejos con metales es como sigue:
La primera correlación fue la serie de estabilidad
de Irving-Williams: para un ligante dado, la
estabilidad de los complejos con metales divalentes
Los químicos de coordinación han
observado ciertas reglas en la
form
ación de com
plejos metálicos.
estabilidad de los complejos con metales divalentes
sigue el siguiente orden :
Ba2+< Sr2
+< Ca
2+< Mg2
+< Mn2
+< Fe
2+< Co
2+< Ni2+< Cu
2+< Zn2
+
Ácidos duros y blandos
�Este orden se debe en parte a la disminución
del tamaño a lo largo de la serie y en parte al
efecto de campo ligante
Una segunda observación es que ciertos ligantes
�Una segunda observación es que ciertos ligantes
form
an sus com
plejos más estables con iones
metálicos com
o la Ag+, Hg+
2y Pt
+2, pero otros
ligantes parecen preferir a iones com
o Al+3 , Ti+4
y Co
+3
�Los ligantes y los iones metálicos fueron
clasificados com
o tipo “a” y tipo “b”
Ácidos duros y blandos
�La clase “a” incluye a los metales
alcalinos, alcalinotérreos y los metales
de transición ligeros en sus más altos
estados de oxidación com
o: Ti+4 , Cr+
3 ,
Fe+3
y Co +
3y el H
+
�La clase “b” incluye a los metales de
transición más pesados y los que están
en sus estados de oxidación más bajos
como Cu
+ , Ag+, Hg+, Hg+
2 , Pd+
2 , Pt+
2 .
Ácidos duros y blandos
�Esta tendencia se debe a:
•Que decrece el tamaño.
•Los efectos de campo ligante.
•Los efectos de campo ligante.
�Ciertos ligantes prefieren al Al3+o
Ti4+ , otros a la Ag+, Hg2
+y Pt
2+.
�De acuerdo a las preferencias se
clasificaron en dos grupos.
Ácidos duros y blandos
Ligantes tipo “a”
Estos ligantes presentan la
siguiente tendencia a unirse con
iones del grupo “a”
iones del grupo “a”
N > > P > As > Sb
O > > S > Se > Te
F > Cl > Br > I
Ácidos duros y blandos
Ligantes tipo “b”
Ácidos duros y blandos
Ligantes tipo “b”
�Estos ligantes presentan la siguiente
tendencia a unirse con iones del grupo “b”
N < < P > As > Sb
O < < S < Se ≅ ≅≅≅Te
F < Cl < Br < I
Ácidos duros y blandos
�Por ejem
plo las fosfinas (PR
3) y
los tioéteres(R
2S) tienen mayor
tendencia para coordinarse con los
tipo “b”
�Pero el am
oniaco, las am
inas
(NR3), agua y fluoruros prefieren
a los del tipo “a”
Ácidos blandos y duros
�Pearsonbautizó a los iones del
tipo “a” com
o duros
�Y los del tipo “b” com
o suaves
Ácidos blandos y duros
�Pearsonsugirió los térm
inos duroy
blando
para describir a los metales de
las clases “a” y “b”, respectivamente
las clases “a” y “b”, respectivamente
�Esto es, un ácido duro es un metal del
grupo “a” y una base dura es cualquier
anión al que le gusten los metales tipo
“a”
Ácidos blandos y duros
Ácidos blandos y duros
Ácidos duros prefieren bases duras
Ácidos blandos prefieren bases
Ácidos blandos prefieren bases
blandos
Ácidos duros y blandos
Se clasifican de acuerdo a su com
portam
iento en el
siguiente equilibrio
BH++ CH-Hg+
= CHHgB
++ H+
BH++ CH3-Hg+
= CH3HgB
++ H+
ácido duro H
+
ácido blando
CH3-Hg+
Duro y blando se refiere a la estabilidad de las
interacciones
duro-duro y blando-blando
Pueden fácilm
ente distinguirse de la fuerza de los
Pueden fácilm
ente distinguirse de la fuerza de los
ácidos
Por ejem
plo OH-y F-
son bases duras, y SO3-2y
PEt 3
son blandas. Es posible para un ácido fuerte
o una base fuerte desplazar a una más débil
Interacciones
�Las interacciones duro -
duro
y
blando -
blando, deben ser claram
ente
distinguidas del carácter ácido –base
(incluyendo hidrólisis).
�Por ejem
plo:
◦Bases duras: O
H-y F-
◦Bases blandas SO32
-y Et
3P
Por ejem
plo
La base más fuerte y blanda que es el sulfito,
desplaza a la base más débil y dura que es el F- Keq = 10
4SO3
2-+ HF
HSO
3-+ F
-
Base blanda ácido duro-
base dura
Duro -blando
Base fuerte H-base débil
Ácido débil base fuerte
Sin embargo en una situación de competencia
se cum
ple la regla de form
ación de com
puestos
blando-blando y duro-duro
CH3HgF + HSO
3-CH
3HgS
O3-
+ HF
Blando
Blando--
duro
duro
Duro
Duro--blando
blando
Blando
Blando--
blando
blando
Duro
Duro--
duro
duro
�La dureza y blandura no son inherentes al
átom
o sino a la especie completa
�Si el B+
3que es un ácido de frontera se une a
tres F
-(base dura) forma una especie un ácido
duro, el BF3
�Si el B+
3que es un ácido de frontera se une a
tres H-(base blanda ) form
a una especie un
ácido blando , el BH
3
BF3H- + BH3F- BF4- + BH4-
duro-blando blando-duro duro-duro blando-blando
Bases teóricas
�Aunque la regla de duro-blando es básicam
ente
pragmática hay factores que pueden explicar las
tendencias bajo situaciones particulares
�La más sencilla son los tipos de interacciones
las blandas-blandas son más covalentes que las
La más sencilla son los tipos de interacciones
las blandas-blandas son más covalentes que las
duras-duras que tienen carácter iónico
�La energía de red cristalina es inversamente
proporcional a ro, por lo que los iones pequeños
son más estables que los grandes
�En los enlaces blando-blando las
interacciones parecen ser de tipo
covalente
�En los enlaces duro-duro de tipo iónico
�Con lo cual parecería que las reglas de
�Con lo cual parecería que las reglas de
Fajans
podrían explicar estas reglas
empíricas
�Pero no es tan simple, pues hay muchos
factores involucrados
�Se ha sugerido que enlaces p contribuyen a la
estabilidad de los enlaces blando-blando pues
los ácido blandos son metales en estados de
oxidación bajos y tienen muchos electrones d
�Tam
bién se debe considerar que las energías
de London se incrementan cuando aum
enta el
de London se incrementan cuando aum
enta el
tamaño y la polarizabilidadde las especies,
por lo que puede ser un factor de estabilidad
en un enlace entre dos especies suaves
(polarizables)
Factores que explican las
interacciones duro blando
�Las especies con alta electronegatividad
son duras y las de baja, son blandas.
Por ejem
plo:
-el Li+tiene alta electronegatividad
-la Ag
tiene baja electronegatividad y
-el Litiene alta electronegatividad
-la Ag+
tiene baja electronegatividad y
baja energía de ionización
Sin embargo, todas estas visiones son
simplistas pues hay una multiplicidad de
factores relacionados