Acidez y pH

Dr. Roberto Prado Fiedler

Introduccin

Hay cidos y bases que son electrolitos fuertes, pero la mayora se ionizan en forma limitada. La forma de clasificar esa tendencia hace uso de los conceptos de Bronsted y Lowry.

Para eliminar el sarro depositado sobre metales se aplica cido dbil, que lo libera como CO2.

Puesto que las concentraciones de H+ y OH-, incluso expresadas en moles, son muy pequeas se hizo necesario una escala ms prctica para expresarla: el pH

Tpicos a tratar

cidos de Arrhenius y Autodisociacin del aguacidos y Bases de Brnsted-LowryFuerza de cidos y bases.Reacciones de neutralizacinClculo de las concentraciones en equilibrio de un cido o base dbilConcepto de pH.

Concepto de Acido y Base de Arrheniusy Autodisociacin del agua

El concepto de cido y base de Arrhenius se restringe a soluciones acuosasUn ion hidrgeno es un protn sin electrn de valencia a su alrededor.Esta partcula interacta con los pares electrnicos desapareados de las molculas de agua formando ionhidronio:

H+ + H2O H3O+Autodisociacin del agua:

H2O + H2O H3O+ + OH- Kw = 1*10-14

Acidos y Bases de Brnsted-Lowryy Transferencia de Protones

HCl(g) + H2O(l) H3O+(aq) + Cl-(aq)HCl(g) + NH3(g) NH4+(aq) + Cl-(aq)

Definicin de Brnsted y LowryACIDO es una sustancia capaz de donar un protn a otra sustancia.BASE es una sustancia capaz de aceptar un protn de otra sustancia.

Pares conjugados cido-baseExtraccin de H+_____

HX(aq) + H2O(l) X-(aq) + H3O+cido Base Base cidoconjugada conjugado

Adicin de H+____

Adicin de H+_____

NH3(aq) + H2O(l) NH4+(aq) + OH-Base cido cido Baseconjugado conjugada

Extraccin de H+____

Fuerza relativa de cidos y bases

HX(aq) + H2O(l) X-(aq) + H3O+cido Base Base cido

conjugada conjugado

Definicin de Bronsted-Lowry sugiere diferencias de fuerza en la transferencia de protonesHay cidos que son mejores donantes de protonesCuanto ms fuerte es el cido, ms debil es su base conjugada

cidos fuertes y dbiles

Son cidos fuertes lo que transfieren totalmente sus protones al agua.Los cidos dbiles se disocian slo parcialmente en solucin acuosa y existen como mezcla entre especie molecular y especie disociada. Sus bases conjugadas son dbiles.Las sustancias con acidez despreciable contienen hidrgeno pero no tienen comportamiento cido en el agua. Sus bases conjugadas son fuertes.

Fuerza de cidos y bases

Reacciones de neutralizacinResultado de mezclar un cido con una base. Cmo obtengo las

constantes de equilibrio?Acido fuerte con base fuerte H+(aq) + OH-(aq) H2O(l) K = 1/Kw = 1014

Acido fuerte con base dbil H+(aq) + NH4OH(aq) H2O(l) + NH4+(aq) K = Kb/Kw

Acido dbil con base fuerte CH3COOH(aq) + OH-(aq) H2O(l) + CH3COO-(aq) K = Ka/Kw

Acido dbil con base dbil CH3COOH(aq) + NH4OH(aq) H2O(l) + CH3COO-(aq) + NH4+(aq) K = Ka Kb /Kw

Equilibrios simultneos en caso de solucin de cido dbilCH3COOH(aq) H+(aq) + CH3COO-(aq) Ka= 1,810-5H2O(l) H+(aq) + OH-(aq) Kw = 110-14Efecto de ion comn afecta al equilibrio del electrolito ms dbil. El principio de Le Chatelier permite deducir que la concentracin de H+ proveniente de la disociacin del agua ser 10-7 M.Este hecho permite despreciar en la mayora de los clculos el valor de la [H+] proveniente de la disociacin del agua y considerar como fuente de hidronio slo al cido.

EjemploCul es la concentracin de CH3COOH, H+, CH3COO- y OH-

presentes en el equilibrio para una solucin 0,1M de CH3COOH y cul el grado de ionizacin ?

CH3COOH(aq) H+(aq) + CH3COO-(aq)Ka= [H+][CH3COO-]/[CH3COOH]=1,810-5

donde [H+]eq= [H+]H2O+[H+]CH3COOH [H+]CH3COOH[H+] = [CH3COO-] = x , [CH3COOH] = 0,1-x

x2/(0,1-x) = 1,810-5 x = 0,0013 M[CH3COOH] = 0,1-0,0013 = 0,0987 M

[OH-] = Kw/[H+] = 1,010-14/1,310-3 = 7,710-12 = 100*[CH3COOH]ionizado/[CH3COOH]inicial

Concepto de pH Las soluciones acuosas poseen, en general, concentraciones de hidronio pequeas.Con el fin de tener nmero convenientes para trabajar se defini en 1909 la relacin

pH= -log10[H+]

Dado que H2O H+ + OH- con Kw = [H+][OH-],cuando [H+]=[OH-] = 1,0 10-7 M la solucin es neutra

y el pH = 7,00Cuando la solucin se acidifica, [H+]> 1,0 10-7, pH7,00

El pH es una escala de acidez

Clculo de pHEn una solucin saturada de CO2 la [H+]= 1,3 10-4M Cul es el pH?pH = - log[H+] = - log [1,3 10-4] = - (log 1,3+log10-4)

= -(0,11 4) = 3,89El uso de logaritmos negativos expresado como p no se restringe al hidronio: por Ej: pOH= -log [OH-]Eso permite obtener otra expresin para Kw:

Kw = [H+][OH-] = 1,0 10-14pH + pOH = 14,00

Fuentes de informacin adicionales

Brown et al. Qumica. La Ciencia Central. 9 ed., pp. 613-634. Problemas 16.1 16.68.

Chang: Qumica 6ed., pp. 606-615 y 649-653; problemas 15.37 a 15.54 de pg. 637 y 16.5 a116.16 de pgs. 684-685.