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QUMICA IING. E. RAL MORALES MUOZ MSc.
TEMAS:
INTRODUCCINESTEQUIOMETRAESTADO LQUIDOSOLUCIONESCIDOS, BASES Y SALESTERMOQUMICAELECTROQUMICA
6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 1
CIDOS, BASES Y SALES.Fuente: Fundamentos de Qumica General. Ing. Luis Escobar.
GENERALIDADES. Muchas sustancias utilizadas en la industria contienen con frecuencia cidos y bases. Tambin son producidos por los organismos vivos.Los cidos, bases y sales han sido usados para varios fines. Los alquimistas los clasificaron por su sabor.La palabra cido proviene del latn acidus que significa agrio. Todas las sustancias de sabor agrio son cidas. Las sustancias qumicas que tienen sabor amargo se dice que son bsicas o alcalinas.
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CIDOS
Posteriormente, se reconoci a los cidos por ser sustancias que, en solucin acuosa, tienen las siguientes propiedades:a) Son de sabor agrio, si se los diluye lo suficiente para poder probarlos.b) Hacen que el papel indicador tornasol, que contiene un colorante extrado de algunos lquenes, cambie de color, de azul a rojo.
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CIDOSc) Reaccionan con los metales activos como el Magnesio Mg, Zinc Zn y Hierro Fe produciendo Hidrgeno gaseoso.d) Reaccionan con los Carbonatos y Bicarbonatos, formando Anhdrido Carbnico.e) Reaccionan con las bases formando sales y Agua.f) Conducen la corriente elctrica, es decir son electrolitos si contienen iones libres.
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BASES, LCALIS O HIDRXIDOS.
En cambio, a las bases se reconoci porque en Solucin acuosa presentan las siguientes propiedades :a) Tienen sabor amargo.b) Son untuosas (resbalosas o jabonosas) al tacto.c) Hacen que el papel indicador tornasol cambie de color rojo a azul.d) Reaccionan con los cidos formando sales y Agua.e) Conducen la corriente elctrica, o sea son electrolitos al formar iones libres.
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CIDOS, BASES Y SALESA continuacin se muestran algunas sustancias comunes y su ingrediente:
SUSTANCIA COMPONENTEACIDOS:
cido de bateraAgua carbonatada
Solucin para el lavado de ojosConservador de alimentos
Limn, lima, tomateRemovedor de xido
Leche agriaJugo gstrico
VinagreVitamina C
BASES:Limpiador para el drenaje
Leche de magnesiaMortero y yeso
Limpiador de ventanas
cido Sulfrico
cido Carbnicocido Brico
cido Benzicocido Ctrico
cido Fosfricocido Lctico
cido Clorhdricocido Actico
cido Ascrbico
Hidrxido de SodioHidrxido de Magnesio
Hidrxido de CalcioSolucin de Amonaco
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Aplicaciones.
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CIDOS, BASES Y SALESTEORA DE ARRHENIUS. Es una teora propuesta alrededor de 1894 para explicar la naturaleza de los cidos y las bases.ACIDO. Es cualquier sustancia que en Solucin acuosa libera y cede iones hidrgeno H+. En estado de Equilibrio:
En la representacin de los cidos inorgnicos, los tomos de Hidrgeno se escriben a la izquierda por ser los menos electronegativos. En la representacin de cidos orgnicos, el grupo funcional cido COOH, como en el cido , cido Etanoico, se escribe a la derecha.6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 8
TEORA DE ARRHENIUSEl ion hidrgeno H+ se considera como un protn que en Solucin acuosa se hidrata y se convierte en in hidronio H3O+: H+ + H2O H 3O+
En estado de Equilibrio, se usa Concentraciones Molares relativas y se las escribe entre corchetes.Muchos cidos en Solucin acuosa se ionizan segn el siguiente esquema de Equilibrio:
CH3COOH + H2O H 3O+ + CH3COO6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 9
TEORA DE ARRHENIUSBASE. Es toda sustancia que en Solucin acuosa libera y cede iones hidrxido OH segn el siguiente Equilibrio:
NH4OH en H2O NH 4+ + OH
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Los compuestos inicos se ionizan. Los compuestos covalentes se disocian. La ruptura de un enlace covalente puede ser homoltica y heteroltica.La ruptura homoltica produce radicales; la heteroltica produce iones.
CIDOS, BASES Y SALESREACCIONES DE NEUTRALIZACIN.De acuerdo con la teora de Arrhenius, en Solucin acuosa, un cido cede H+ y una base libera OH, producindose una reaccin de neutralizacin que se representa de la siguiente manera: cido + Base Sal + Agua HCl + NaOH NaCl + H2O HNO3 + KOH KNO3 + H2O H2SO4 + Ca(OH)2 CaSO4 + H2O CH3COOH + NH4OH CH3COONH4 + H2O 6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 11
CIDOS, BASES Y SALESTEORA DE BRNSTED Y LOWRY. Fue propuesta en 1923.Las definiciones de Brnsted y Lowry son ms generales que las de Arrhenius, ya que no se limitan a soluciones acuosas. ACIDO. Es toda sustancia capaz de ceder iones hidrgeno H+ a otra sustancia. En estado de Equilibrio:H3O+ + Cl H 2O + HClBASE. Es toda sustancia capaz de aceptar iones hidrgeno H+ de otra sustancia. En estado de Equilibrio:NH3 + H+ NH 4+ANFTERO. Las sustancias anfteras pueden actuar como cidos o como bases. 6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 12
TEORA DE BRNSTED Y LOWRY
El Agua puede actuar como base o como cido, pues acepta y cede iones hidrgeno. Pares conjugados cido/base:
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TEORA DE BRNSTED Y LOWRY
Segn la teora de Brnsted y Lowry, no necesariamente se produce una neutralizacin entre cido y base. HCl + H2O H 3O+ + Cl Esquema de ionizacin del HClcido base H2O + H2O H 3O+ + OH Esquema de disociacin del H2Ocido base H2SO4 + H2O H 3O+ + HSO4 HSO4 + H2O H 3O+ + SO42cido base HCl + NH3 NH 4+ + Cl Esquema de neutralizacin del HClcido base6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 14
CIDOS, BASES Y SALESTEORIA DE LEWIS.El concepto de cidos y bases propuesto por Lewis en 1923 es la definicin ms general e incluye a todas las sustancias que son cidos y bases de acuerdo a las definiciones dadas por Arrhenius y Bronsted-Lowry. Segn Lewis:CIDO. Es una sustancia capaz de aceptar y compartir un par de electrones y formar un enlace covalente.BASE. Es una sustancia capaz de ceder y compartir un par de electrones y formar un enlace covalente.
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TEORIA DE LEWIS
As, la definicin de cido se aplica a sustancias que, sin ceder iones hidrgeno H+, actan como cidos, y la definicin de una base se aplica a sustancias que, sin aceptar iones hidrgeno H+ o ceder iones hidrxido HO, actan como bases.Por lo tanto, el ion hidrgeno H+ es un cido puesto que puede aceptar un par de electrones, como se indica en el siguiente esquema de Equilibrio:
H+ + H2O H 3O+ o H2O + H+ H 3O+
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TEORIA DE LEWISEl ion hidrxido OH es una base, puesto que puede ceder un par de electrones, como se indica en el Equilibrio dado: H3O+ + OH H 2O + H2O
La reaccin entre el Fluoruro de Boro con el Amonaco es un ejemplo clsico de la teora de Lewis:
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Aplicaciones.
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CIDOS, BASES Y SALESFUERZA DE LOS ACIDOS Y LAS BASES.Los cidos y las bases pueden ser fuertes y dbiles.ACIDOS Y BASES FUERTES. Son aquellas sustancias que al ionizarse lo hacen completamente. Son considerados electrolitos fuertes; algunos cidos y bases fuertes son:
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CIDOS FUERTES BASES FUERTEScido Clorhdrico, HCl
cido Bromhdrico, HBrcido Iodhdrico, HI
cido Sulfrico, H2SO4cido Ntrico, HNO3
cido Perclrico, HClO4
Hidrxido de Sodio, NaOHHidrxido de Potasio, KOH
Hidrxido de Calcio, Ca(OH)2
CIDOS, BASES Y SALESCIDOS Y BASES DBILES. Son los que se ionizan muy poco o parcialmente. Se consideran electrolitos dbiles; algunas de estas sustancias se muestran a continuacin:
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CIDOS DBILES BASES DBILES
cido Fosfrico, H3PO4cido Carbnico, H2CO3cido Actico, CH3COOH
cido Ctrico, C3H5(COOH)3cido Lctico, CH3CHOHCOOH
cido Brico, H3BO3cido Benzoico, C6H5COOH
Dimetilamina, (CH3)2NHAnilina, C6H5NH2
Hidrxido de Magnesio, Mg(OH)2Hidrxido de Amonio, NH4OH
Hidracina, N2H4Piridina, C5H5N
Hidrxido de Aluminio, Al(OH)3
cido Benzoico
CIDOS, BASES Y SALESCONSTANTE DE IONIZACIN. Es la constante de Equilibrio de una ionizacin, definida por su ecuacin en funcin de las Concentraciones Molares relativas de los iones formados y la del correspondiente cido o base, en Equilibrio. HCl H+ + Cl NaOH Na+ + HO
La fuerza de cidos y bases se cuantifica segn la constante de ionizacin Ka y Kb, que solo depende de la temperatura. Para cidos y bases fuertes la constante es muy grande, pero para cidos y bases dbiles es muy baja. A continuacin se muestran algunas constantes de cido Ka y de base Kb.6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 21
NaOH
HONa)NaOH(
)HO()Na()NaOH(
HClClH
)HCl()Cl()H(
)HCl(
MrEq
MrEqMrEq
MrEq
MrEqMrEq
CCC
KC
CCK ba
CIDOS, BASES Y SALESPara cidos:
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CIDOS Ka
HClO4HI
HBrHCl
HNO3H2SO4HIO3
HOOC-COOHHNO2
HFCH3COOH
H3BO3HCN
muy grandemuy grandemuy grandemuy grandemuy grandemuy grande
0,175,91024,61043,51041,81057,310104,91010
CIDOS, BASES Y SALES
Para bases:
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BASES Kb
NaOHKOHLiOH
Etilamina, C2H5NH2Metilamina, CH3NH2
Amoniaco, NH3, NH4OHPiridina, C5H5N
Anilina, C6H5NH2Cafena, C8H10N4O2
Urea, (NH2)2CO
muy grandemuy grandemuy grande
5,6 10 54,2 10 41,8 10 51,5 10 94,2 10 105,3 10 141,5 10 14
CIDOS, BASES Y SALES
Para cidos poliprticos o poliprotnicos :
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NOMBRE FRMULA Ka1 Ka2 Ka3AscrbicoCarbnico
CtricoOxlico
FosfricoSulfurosoSulfricoTartrico
Sulfhdrico
H2C6H6O6H2CO3
H3C6H5O7H2C2O4H3PO4H2SO3H2SO4
H2C4H4O6H2S
8,0 10 54,2 10 77,4 10 45,9 10 27,5 10 31,7 10 2
muy grande1,0 10 39,5 10 8
1,6 10 125,6 10 111,7 10 56,4 10 56,2 10 86,4 10 81,2 10 24,6 10 51,0 10 19
4,0 10 7
4,8 10 13
Aplicaciones.
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CIDOS, BASES Y SALESDISOCIACIN y AUTODISOCIACIN DEL AGUA.Los enlaces inicos producen ionizacin. Los enlaces covalentes se disocian en forma homoltica y en forma heteroltica. El Agua puede actuar como un cido y como una base, por tanto, es una sustancia anftera. La disociacin heteroltica del Agua se produce segn el Equilibrio:H2O + H2O H 3O+ + OHTambin puede autodisociarse: H2O H + + OHLa disociacin y regeneracin del Agua son procesos que estn en Equilibrio.
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CIDOS, BASES Y SALESPara el Equilibrio de la autodisociacin y regeneracin del Agua tenemos: H2O H + + OH
Como el Agua se encuentra, en diferentes condiciones, casi en su totalidad en forma de molculas no disociadas, su muy pequea disociacin influye poco en la Concentracin molar relativa de Equilibrio [H2O], y se puede considerar constante:
El producto KEquilibrio [H 2O] se denomina Kw, y se constituye en la constante del producto inico del Agua:
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OH
OHH
2
quilibrioEK
OHHOH2EquilibrioK
OHHwK
CIDOS, BASES Y SALESPara el Agua y para Soluciones acuosas diluidas a 25C, Kw es:
y depende solo de la temperatura, como se observa en la siguiente tabla:
Aunque Kw es independiente de las Concentraciones, para las Soluciones concentradas no ideales se realiza correcciones.6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 28
141000,1OHH wK
Temperatura [C] Kw0 1,13 10 15
10 2,92 10 1525 1,00 10 1437 2,40 10 1445 4,02 10 1460 9,61 10 14
Una Solucin es diluida cuando su Molaridad es menor que 1 M y mayor que 107 M.
CIDOS, BASES Y SALES
De la ecuacin de Kw podemos concluir que:a) Una Solucin es NEUTRA, si: [H+] = [OH] = 1,00 10 7 b) En una Solucin CIDA, se cumple que: [H+] > [OH]c) En una Solucin BSICA, se cumple que: [H+] < [OH]
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CIDOS, BASES Y SALESPOTENCIAL DE HIDRGENO o pH.Determinar el potencial de Hidrgeno, de hidronio o pH de una Solucin, es determinar el valor logaritmo base 10 de la Concentracin Molar relativa de iones hidrgeno [H+], en el estado de Equilibrio. Srensen, estableci la expresin matemtica para facilitar la indicacin de la [H+] de una Solucin en Equilibrio:
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EquilibrioMrC
H
H
pHpH 10H Hlog
CIDOS, BASES Y SALESDe la ecuacin anterior se puede establecer de una forma similar que:Una Solucin es NEUTRA si pH = 7,00 pH neutroUna Solucin es CIDA cuando el pH 7,00 pH cido Una Solucin es BSICA cuando el pH 7,00 pH bsico Se establece la siguiente escala de pH:
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CIDOS, BASES Y SALESAdems se puede usar el pOH, que es igual a:
En el Equilibrio, entre el pH y el pOH, se puede establecer la siguiente relacin:
Si CM(Solucin HCl) = 0,10 M cido fuerte, se ioniza totalmente. Ka grande. HCl H+ + Cl 0,10 mol HCl 0,10 mol H+ + 0,10 mol Cl CMr(HCl) = 0,10 [H+] = 0,10 = 1,0 10 1 pH(Solucin 0,10 M HCl) = log(0,10) = 1,0Si CM(Solucin NaOH)=0,10 M Base fuerte, se ioniza totalmente. Kb grande. NaOH Na+ + HO 0,10 mol NaOH 0,10 mol Na+ + 0,10 mol HO CMr(NaOH)=0,10 [HO]=0,10= 1,0 10 1
pOH(Solucin 0,10 M NaOH) = log(0,10) = 1,0 pH(Solucin 0,10 M NaOH) = 14,0 1,0 = 13 si [H+] [HO] = kw = 1,00 10 14
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pOHpOH
10OH OHlog
0,14 pOHpH
CIDOS, BASES Y SALES
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Solucin pH
Solucin 0,10 M HClJugo gstricoJugo de limn
VinagreBebidas gaseosas
CervezaLecheOrina
Agua de lluviaSaliva
Agua puraSangre
Clara de huevoBilis
Leche de magnesiaAmonaco domstico
Solucin 0,10 M NaOH
1,01,6 1,8
2,32,4 3,42,0 4,04,0 4,56,3 6,65,5 7,5
5,66,2 7,4
7,007,35 7,45
7,6 8,07,8 8,6
10,51113
A continuacin se muestra el pH de algunas sustancias:
Aplicaciones.
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HIDROLISIS.HIDROLISIS DE SALES.Cuando un cido reacciona con una cantidad estequiomtrica de una base, los productos son Agua y una sal. El proceso se denomina neutralizacin, y las Soluciones de las sales debera ser neutro, pH = 7,00cido + base sal + AguaHCl + NaOH NaCl + H2O Ka y Kb muy grandesCH3COOH + NH4OH CH3COONH4 + H2O Ka y Kb pequeasLas sales en Soluciones acuosas se ionizan. La reaccin de los cationes o aniones de ciertas sales con el Agua, formando H+ y OH respectivamente, se conoce como HIDRLISIS, palabra del griego: hydro (agua) y lysis (ruptura). Al formarse H+ y OH el pH de las Soluciones de dichas sales no es neutro.
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HIDROLISISLas sales pueden ser: neutras, cidas, bsicas y ligeramente cidas o bsicas. Esto depende de la naturaleza de los cidos y de las bases utilizados en la reaccin de neutralizacin para la obtencin de las sales. Los casos se presentan en la tabla:
Las sales que provienen de un cido dbil o una base dbil pueden regenerar el cido dbil o la base dbil en Solucin en Agua. El Equilibrio de hidrlisis determina su pH.6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 36
CIDO BASE SAL EJEMPLO
FuerteFuerteDbilDbil
FuerteDbil
FuerteDbil
NeutracidaBsica
Ligeramente cida o bsica
NaClNH4Cl
CH3COONaCH3COONH4
HIDROLISIS.HIDRLISIS DE UNA SAL BSICA. Consideremos la hidrlisis de una sal bsica, Acetato de Sodio CH3COONa:a) En primer lugar la sal se ioniza, totalmente, como cualquier sal. Este proceso no produce H+ o OH y no influye en el pH. porqueb) Luego se produce la Hidrlisis del in acetato, produciendo el cido dbil. Este proceso de Equilibrio influye en el pH. CH3COO + H2O CH3COOH + OH
cuya constante de Equilibrio se define de la siguiente manera:
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COO3CH
OHCOOH3CH
O2HCOO3CH
OHCOOH3CHhKhidrlisisK
HIDROLISIS.c) En un tercer paso se produce la ionizacin del cido dbil regenerado. Este proceso de Equilibrio influye en el pH. CH3COOH CH3COO + H+
La constante de ionizacin del cido dbil se calcula con:
Si multiplicamos las dos constantes, podemos escribir:
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COOH3CHHCOO3CH
aK
COOHCH
HCOOCHCOOCH
OHCOOHCH
3
3
3
3
ah KK
HIDROLISIS.De donde:
HIDRLISIS DE UNA SAL CIDA. El producto de las constantes de Hidrlisis y ionizacin de base dbil para la sal cida es:
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a
whwah
wah
KKKKKK
KKK
1000,1OHH 14
b
whwbh
wbh
KKKKKK
KKK
1000,1OHH 14
NH4Cl NH4+ + ClNH4+ + H2O NH4OH + H+NH4OH NH 4+ + OH
HIDROLISIS.PORCENTAJE DE HIDRLISIS DE UNA SAL CIDA O BSICA. Es la relacin entre la masa hidrolizada y la masa inicial de la sal que se encuentra en Solucin.
PORCENTAJE DE IONIZACIN DE UN COMPUESTO INICO. Es la relacin entre la masa ionizada y la masa inicial del compuesto inico que se encuentra en Solucin.
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%100 %100 InicialinConcentracHidrlisisdeinConcentrac
InicialmasaaHidrolizadmasaPCH
%100 %100 inicialinConcentracionizacindeinConcentrac
inicialmasaionizadamasaPCI
Aplicaciones.
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EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 1.Calcular la [H+] y la [OH] en una Solucin 0,100M de cido Actico CH3COOH, cuya constante Ka es 1,75 10 5.DATOS DE ENTRADA
CM(Solucin CH3COOH) = 0,100M (3 cifras significativas)CMr(Solucin CH3COOH) = 0,100Ka(CH3COOH) = 1,75 10 5
DATOS DE SALIDA (3 cifras significativas)[H+][OH]RESOLUCIN
El cido Actico CH3COOH es un cido dbil.6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 42
EJERCICIOS RESUELTOSEl CH3COOH ioniza una parte X de su Concentracin Molar inicial CMrI que pasa a una Concentracin de Equilibrio CMrEq :
CH3COOH CH3COO + H+ (esquema de ionizacin)CMrI : 0,100 0 0,0CMrEq: 0,100X X X
Entonces, en el Equilibrio, la constante de ionizacin es:
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32
31
652
25
3
3
101,33165 = 101,31415 = 01075,11075,1
100,01075,1 y
COOHCHHCOOCH
XXXX
XXKa
La [H+]H2O
EJERCICIOS RESUELTOSEl valor negativo de X2 no tiene significado fsico. Entonces: X1 = [H+] = 1,31415 10 3 y CM Eq(H+) = 1,31415 10 3 mol/L[H+] = 1,31 10 3 (3 cifras significativas)
En el Agua y en las Soluciones diluidas, las Concentraciones relativas [H+] y [OH] dependen de la constante del producto inico del agua Kw:[H+][OH] = Kw = 1,00 10 14
[OH] = 7,61 10 12 (3 cifras significativas)
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mol/L1060948,7)(OH 1060948,71031415,1
1000,1OH 12 12
3
14
EqMC
EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 2.Calcular el pH y el porcentaje de ionizacin en una Solucin 1,00 M de cido Cianhdrico HCN, si la Ka es 4,80 10 10.DATOS DE ENTRADA
CM(Solucin HCN) = 1,00M (3 cifras significativas)CMr(Solucin HCN) = 1,00Ka(HCN) = 4,80 10 10
DATOS DE SALIDA (3 cifras significativas)pH(Solucin HCN)PCI(HCN) RESOLUCIN
El cido Cianhdrico HCN es un cido dbil.6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 45
EJERCICIOS RESUELTOSEl HCN ioniza una parte X de su Concentracin Molar inicial CMrI la cual cambia a una Concentracin de Equilibrio CMrEq :
HCN H+ + CN (esquema de ionizacin)CMrI : 1,00 0,0 0CMrEq: 1,00X X XLa constante de ionizacin es:
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5102,19091 = 2 5102,19087 = 1
0101080,4101080,4200,1
2101080,4y HCN
CNH
XX
XX
XX
aK
La [H+]H2O
EJERCICIOS RESUELTOSDado que el valor negativo de X2 no tiene significado fsico: X1 = [H+] = 2,19087 10 5 y CM Eq(H+) = 2,19087 10 5 mol/LpH(Solucin HCN) = log(2,19087 10 5) = 4,65938pH(Solucin HCN) = 4,66 (3 cifras significativas)
PCI(HCN) = Porcentaje de ionizacin del HCN.
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ivas)significat cifras (3 %3102,19)HCN(
%3102,19087100%1,00
5102,19087)HCN(
100% )HCN(
PCI
PCI
inicialinConcentracionizacindeinConcentracPCI
EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 3.Calcular la Molaridad de una Solucin de Hidrxido de Amonio NH4OH, que se encuentra ionizada en un 2,00%, si su Kb es 1,80 10 5.DATOS DE ENTRADA
PCI(NH4OH) = 2,00% (3 cifras significativas)Kb(NH4OH) = 1,80 10 5
DATOS DE SALIDA (3 cifras significativas)M(Solucin NH4OH) RESOLUCIN
El Hidrxido de Amonio NH4OH es una base dbil.6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 48
Aplicaciones.
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EJERCICIOS RESUELTOSEl NH4OH ioniza parte X de su Molaridad relativa inicial Mr , la cual cambia a una Concentracin de Equilibrio Mr X : NH4OH NH4+ + OH (esquema de ionizacin)CMrI : Mr 0 0,0CMrEq : Mr X X XEn el Equilibrio, las Concentraciones Molares relativas se relacionan con la constante de ionizacin de la base:
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XrMrM
X
rMXPCI
rMX
inicialinConcentracionizacindeinConcentracPCI
bKXrMX
XrMXX
0,50 10000,2 %100%00,2 %00,2)OH4NH( siy
%100%100 )OH4NH( Si
51080,12
Se ver que la [OH]H2O
EJERCICIOS RESUELTOSRemplazando Mr = 50,0X en la ecuacin de la constante Kb:
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ivas)significat cifras (3
4
4
4
741
2
24
1
442
5222
M
M
M
0441,0OH)NH (Solucin
0441,00441,0OH)(NH
0441,00441,0OH)(NH
101,00 0441,01082,80,50 0,50
ioniza. se no salla quesignifica 00 1082,8
0)1082,8( 01082,8
1080,10,490,50
L
molL
mol
M
C
M
MXMX
XXXXXX
XX
XXX
XMX
M
rr
r
X es la Concentracin de ionizacin de la base, en el Equilibrio
EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 4.El pH de una Solucin 0,072000 M de cido Benzoico C6H5COOH es 2,7000. Calcular la constante Ka de este cido.DATOS DE ENTRADA
pH(Solucin C6H5COOH) = 2,7000 (5 cifras significativas)CM(Solucin C6H5COOH) = 0,072000 MCMr(Solucin C6H5COOH) = 0,072000DATOS DE SALIDA (5 cifras significativas)Ka(C6H5COOH) RESOLUCIN
El cido Benzoico es un cido dbil. Es un slido incoloro y disuelto en Agua ioniza parcialmente segn el esquema:6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 52
EJERCICIOS RESUELTOS C6H5COOH C 6H5COO + H+ (esquema de ionizacin)CMrI : 0,072 0 0,0CMrEq: 0,072X X XEn el Equilibrio, las Concentraciones Molares relativas se relacionan con la constante de ionizacin del cido Ka:
6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 53
ivas)significat cifras (5 106869,5
1068685,51099526,1072,0
1099526,1
1099526,11010H 072,0
5
53
23
37000,22
a
a
pHa
K
K
XX
XK
La [H+]H2O
EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 5.Calcular el pH de una Solucin acuosa de cido Clorhdrico de Concentracin 5,00 10 8 M.DATOS DE ENTRADA
CM(Solucin HCl) = 5,00 10 8 M (3 cifras significativas)CMr(Solucin HCl) = 5,00 10 8DATOS DE SALIDA (3 cifras significativas)pH(Solucin HCl) RESOLUCIN
El cido Clorhdrico es un cido fuerte. Es el gas Cloruro de Hidrgeno disuelto y disociado casi totalmente en Agua.
6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 54
EJERCICIOS RESUELTOSDado que su constante Ka es muy grande, consideramos que el cido HCl est totalmente disociado en Agua: HCl H + + ClCMrI : 5,00 10 8 1,00 10 7 0CMrEq : 0,0 5,00 10 8 +1,00 10 7 5,00 10 8 Observar que log(5,00 10 8) = 7,30103 = pH bsico. La escala de pH es vlida para Concentraciones entre 107 M y 1 M.La Solucin es altamente diluida y aporta menos iones H+ que el Agua: [H+] = [H+]HCl + [H+]H2O = 5,00 10 8 + 1,00 10 7 [H+] = 1,5 10 7 pH(Solucin HCl)=log(1,5 10 7)=6,82391pH(Solucin HCl) = 6,82 (3 cifras significativas)6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 55
EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 6.Calcular el pH de la Solucin 0,00370 M de cido Carbnico H2CO3. Las constantes de ionizacin son: Ka1= 4,20 10 7 y Ka2= 5,60 10 11.DATOS DE ENTRADA
CM(Solucin H2CO3) = 0,00370 M (3 cifras significativas)Ka1(Solucin H2CO3) = 4,20 10 7 Ka2(Solucin H2CO3) = 5,60 10 11
DATOS DE SALIDA (3 cifras significativas)pH(Solucin H2CO3) RESOLUCIN6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 56
EJERCICIOS RESUELTOSEl cido Carbnico es un cido dbil, que en Solucin puede ceder por etapas uno o dos protones.Etapa 1: H2CO3 HCO 3 + H+CMrI : 0,00370 0 0,0CMrEq : 0,00370 X X X
6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 57
521Etapa 51972
72
32
31
103,96314 H1092114,3010554,11020,4
1020,400370,0]CO[H
]][HCO[H
XXXX
XXKa
[H+]H2O
EJERCICIOS RESUELTOSEn la siguiente etapa el anin HCO3 cede otro protn.La [H+]Etapa 1 = 3,92114 10 5 incide en la etapa 2.Etapa 2: HCO3 CO 32 + H+CMrI : 3,92114 10 5 0 3,92114 10 5
CMrEq : 3,92114 10 5 Y Y 3,92114 10 5 + Y
6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 58
522Etapa 1111552
151152
115
5
3
23
2
103,92116 H1059998,501019584,2103,92115
01019584,2)1060,51092114,3(
1060,51092114,3
)1092114,3(][HCO
]][H[CO
YYYY
YY
YYYKa
EJERCICIOS RESUELTOSLa ionizacin del HCO3 es muy pequea comparada con la del H2CO3 , en consecuencia [H+]Etapa 1 >> [H+]Etapa 2Tambin Y1 = 5,59998 10 11 = [CO32].La Concentracin [H+] al final de las dos etapas es:[H+] = [H+]Etapa 1 + [H+]Etapa 2[H+] = 3,92114 10 5 + Y1 = 3,92114 10 5 + 5,59998 10 11 [H+] = 3,92115 10 5pH(Solucin H2CO3) = log(3,92115 10 5) = 4,40659pH(Solucin H2CO3) = 4,41 (3 cifras significativas)La incidencia de la [H+]Etapa 2 en el pH de la Solucin es muy pequea, aun ms pequea que la de [H+]H2O .6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 59
Aplicaciones.
6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 60
EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 7.Calcular el pH de una Solucin 0,10000 M de Acetato de Sodio CH3COONa, y el porcentaje de hidrlisis del anin acetato, si la Ka del cido Actico es 1,7500 10 5.DATOS DE ENTRADA
CM(Solucin CH3COONa) = 0,10000 M (5 cifras significativas)Ka(CH3COOH) = 1,7500 10 5
DATOS DE SALIDA (5 cifras significativas)pH(Solucin CH3COONa)PCH(CH3COO) RESOLUCIN6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 61
EJERCICIOS RESUELTOSEl CH3COONa es una sal de cido dbil y base fuerte. Se prev cualitativamente que su pH ser bsico. Cuando se disuelve en Agua, se ioniza casi completamente; el enlace inico O-Na as lo permite. ce(O) = 3,5 ; ce(Na) = 0,9 ce(O; Na) = 2,6 CMrI : 0,10000 0 0CMrEq : 0,0 0,10000 0,10000Considerando la hidrlisis del anin acetato: CH3COO + H2O CH3COOH + OH
CMrI : 0,10000 0 0,0CMrEq : 0,10000 X X X6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 62
Enlace inico
EJERCICIOS RESUELTOSLa constante de hidrlisis de una sal bsica, considerando la Ka del cido dbil, se expresa:
Tambin X1 es la Concentracin de Hidrlisis del in acetato: Ch(CH3COO) = 7,55901 10 6 mol/L
6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 63
5,12154)1055901,7log( 1055901,7OH1055958,7 1055901,7
01071429,51071429,5
1071429,510000,0COOCH
OHCOOHCH Si
1071429,51075,11000,1
)COOHCH(
66
62
61
11102
102
3
3
105
14
3
pOHXX
XXX
XK
KK
KKK
h
a
w
a
wh
EJERCICIOS RESUELTOSPara Agua pura y Soluciones diluidas: pH + pOH = 14,0 (3 cifras significativas)pH = 14,0 pOH = 14,0 5,12154 = 8,87846pH(Solucin CH3COONa) = 8,88 (3 cifras significativas)Se confirma la prediccin cualitativa del pH bsico.
6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 64
ivas)significat cifras (5 %105590,7)COO(CH
%1055901,7%100 mol/L 0,10000
mol/L 1055901,7)COO(CH
%100
33
36
3
PCH
PCH
InicialinConcentracHidrlisisdeinConcentracPCH
EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 8.Calcular el pH de una Solucin 0,0200 M de Cloruro de Amonio NH4Cl, y el porcentaje de hidrlisis del catin amonio NH4+ si Kb del Hidrxido de Amonio es 1,80 10 5.DATOS DE ENTRADA
CM(Solucin NH4Cl) = 0,0200 M (3 cifras significativas)Kb(NH4OH) = 1,80 10 5
DATOS DE SALIDA (3 cifras significativas)pH(Solucin NH4Cl)PCH(NH4+) RESOLUCIN6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 65
EJERCICIOS RESUELTOSEl NH4Cl es una sal de cido fuerte y base dbil. Se prev cualitativamente que su pH ser cido. Cuando se disuelve en Agua, se ioniza casi completamente; el enlace inico del catin NH4+ y del anin Cl as lo permite.
Ionizacin del NH4Cl: CMrI : 0,0200 0 0CMrEq : 0,0 0,0200 0,02006/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 66
EJERCICIOS RESUELTOSHidrlisis del NH4+
NH4+ + H2O NH4OH + H+
CMrI : 0,0200 0 0,0CMrEq : 0,0200 X X XLa constante de hidrlisis de una sal cida, considerando la Kb de la base dbil, se expresa:
6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 67
01011111,11055556,5
1055556,50200,0NH
HOHNH Si
1055556,51080,11000,1
)OHNH(
11102
102
4
4
105
14
4
XXX
XK
KK
KKK
h
b
w
b
wh
EJERCICIOS RESUELTOS
pH(Solucin NH4Cl) = 5,48 (3 cifras significativas) Se confirma la prediccin cualitativa del pH cido.
Tambin X1 es la Concentracin de Hidrlisis del in amonio: Ch(NH4+) = 3,33305 10 6 mol/L
6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 68
5,47716)1033305,3log( 1033305,3H1033361,3 1033305,3
66
62
61
pHXX
ivas)significat cifras (3 0,0167%%1067,1)(NH
%1066653,1%100 mol/L 0,0200
mol/L 1033305,3)(NH
%100
24
26
4
PCH
PCH
InicialinConcentracHidrlisisdeinConcentracPCH
EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 9.Calcular el pH de una Solucin 0,521 M de Cloruro de Sodio NaCl.DATOS DE ENTRADA
CM(Solucin NaCl) = 0,521 M (3 cifras significativas)DATOS DE SALIDA (3 cifras significativas)pH(Solucin NaCl)RESOLUCIN
El NaCl es una sal de cido fuerte y base fuerte, debe tener un pH neutro sin hidrolizar y, como toda sal, debe ionizar casi completamente.La ionizacin del NaCl no incide directamente en el pH.6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 69
EJERCICIOS RESUELTOSSuponiendo una ionizacin completa: NaCl Na+ + Cl Esquema de ionizacinCMrI : 0,521 0 0CMrEq : 0,0 0,521 0,521
6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 70
Aplicaciones.
6/17/15 Ing. E. Ral Morales Muoz MSc. 71
QUMICA I ING. E. RAL MORALES MUOZ MSc.Slide 2CIDOSCIDOSBASES, LCALIS O HIDRXIDOS.CIDOS, BASES Y SALESSlide 7CIDOS, BASES Y SALESTEORA DE ARRHENIUSTEORA DE ARRHENIUSCIDOS, BASES Y SALESCIDOS, BASES Y SALESTEORA DE BRNSTED Y LOWRYTEORA DE BRNSTED Y LOWRYCIDOS, BASES Y SALESTEORIA DE LEWISTEORIA DE LEWISSlide 18CIDOS, BASES Y SALESCIDOS, BASES Y SALESCIDOS, BASES Y SALESCIDOS, BASES Y SALESCIDOS, BASES Y SALESCIDOS, BASES Y SALESSlide 25CIDOS, BASES Y SALESCIDOS, BASES Y SALESCIDOS, BASES Y SALESCIDOS, BASES Y SALESCIDOS, BASES Y SALESCIDOS, BASES Y SALESCIDOS, BASES Y SALESCIDOS, BASES Y SALESSlide 34HIDROLISIS.HIDROLISISHIDROLISIS.HIDROLISIS.HIDROLISIS.HIDROLISIS.Slide 41EJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSSlide 49EJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSSlide 60EJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSEJERCICIOS RESUELTOSSlide 71