Guía de aprendizaje II Ácidos y bases

   

Guía de Aprendizaje Nº2

Unidad: Reacciones de transferencia

“Ácidos y bases”

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Instrucciones:

La realización de los ejercicios de la guía en clase, serán evaluados con nota, la que se sumará a otras actividades evaluadas (talleres), cuyo promedio aportará al cálculo de tu nota semestral.

Objetivos:

Ø  Relacionar el concepto de ácido, básico o neutro de una solución a la concentración de ciertos componentes.

Ø  Conocer el significado de pH y aplicarlo.

Fuerza de ácidos y bases

         Considerando lo dicho por Brönsted y Lowry, sí un ácido tiene una mayor tendencia a donar protones que otro, se dice que es un ácido más fuerte; y sí, una base tiene mayor tendencia a aceptar protones que otra, se dice que es una base más fuerte. Tanto ácidos y bases, se caracterizan por ser electrolitos, esto es, que en soluciones acuosas están disociados en iones, en mayor o menor grado.

         Teniendo en cuenta este término, electrolitos fuertes son los que están completa, o casi completamente disociados; electrolitos débiles son los que están parcialmente disociados. La acidez puede describirse en términos de la fuerza de una sustancia como electrolito, en un solvente determinado (agua). Lo mismo, la basicidad puede describirse como la fuerza de una sustancia como electrolito en un solvente determinado (agua).

                En la siguiente tabla observamos ejemplos de electrolitos  fuertes y débiles:

Equilibrio iónico del agua

             El agua es un electrolito muy débil, es decir, presenta una conductividad eléctrica muy baja (la cual debe medirse con aparatos muy sensibles). Y como la conductivdad se define como la presencia de iones en disolución (positivos y negativos) que pueden transportar corriente eléctrica; indicaría que el agua debe poseer iones y, por tanto, puede ionizarse, aunque sea en pequeña proporción. (Además recuerde que el agua es un anfolito o anfótero).

             El agua en estado puro se ioniza (más bien se auto-ioniza); solo una pequeña cantidad del total de las moléculas, generando iones hidronio (H⁺) e hidroxilo (OH^-) (es decir electrolitos).  

En este contexto, ninguna molécula individual permanece ionizada mucho tiempo, las reacciones son sumamente rápidas en ambos sentidos, razón por la cual, es un proceso en equilibrio, y para el se puede escribir la expresión de constante de equilibrio, a partir de la siguiente ecuación:

Se usa Kw, en lugar de Keq; ya que corresponde exclusivamente  al producto iónico del agua.

 

 = 1x10^-14

La concentración del agua [H₂O] se considera constante, al comparar la concentración del agua pura sin disociar con la parte ionizada; quedando:

K_w[H₂O] = [H⁺] x [OH^-] = 1x10^-14

Por lo mismo, no se suele escribir la concentración de agua, quedando:

Consideramos que un ambiente ácido es cuando la cantidad (o concentración) de iones hidronio es mayor en comparación a un “punto medio”, y por ende mayor que la concentración de hidroxilos. Por tanto este ambiente ocurre cuando se cumple que:

        Al revisar este equilibrio se pueden definir tres conceptos de mucha utilidad e importancia en el tema de ácido-base; los conceptos a los que se hace alusión son: neutro, ácido y básico.

       

           Por otro lado, el “punto medio” ocurre cuando las concentraciones  (o cantidades) de iones hidronio (H⁺) e hidroxilo (OH^-) son iguales. De la ecuación se entiende entonces, que un ambiente es neutro (el “punto medio”), ocurre cuando:

          Un ambiente es básico (o alcalino) cuando la concentración de iones hidroxilo es mayor en comparación al estado neutro (“punto medio”), y con ello mayor que los iones hidronio. Por lo tanto desde la ecuación, se obtiene:

En la siguiente tabla se observan concentraciones tanto de iones hidronio (H+), como su contraparte, iones hidroxilo (OH-); recuerda siempre que las concentraciones aquí utilizadas son trabajadas con molaridad (M)

 

¿Algún ejemplo?

Observa bien los datos otorgados:

Actividad

1.     ¿Encontraste alguna regularidad? Sí es así, trata de explicarla.

Te damos una pista; siempre se cumple lo siguiente:      

 

Explica este hecho en términos de concentración.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2.    Considerando lo anterior, completa la siguiente tabla:

[H+] M	[OH-] M
1x10-8
	1x10-5
	1x10-4
1x10-11
	1x10-2
	1x10-1
1x10-14

3.    Identifica si las siguientes soluciones son ácidas, básicas o neutras (y selecciona la opción dentro de cada cuadro), cuando posean las siguientes cualidades:

a.El café tiene una concentración de iones [H+]= 1x10-5 M ácida/neutra/básica	b.Un vaso de leche tiene una concentración de [OH-]= 1x10-8 M ácida/neutra/básica
c.La pasta dental tiene una concentración de iones [H+]= 1x10-10 M ácida/neutra/básica	d.La leche de magnesia (usada como anti-ácido) tiene una concentración  de [OH-]= 1x10-3 M ácida/neutra/básica

4.    Ordena las sustancias del punto anterior, desde lo más ácido a lo más básico.

 ~~~***********   pH   **********~~~

          Hasta el momento tratamos con concentraciones que van desde 1 M a 0,00000000000001 M, como podemos observar estos valores son bastante pequeños. Con el fin de no trabajar con este tipo de números, o sea con notación científica; se aplica a la concentración la función logaritmo (log). Esta es una función matemática que elimina la base de la potencia y, permite su interpretación mediante números enteros o  decimales sencillos.

          Como en este  caso los exponentes son negativos, se usará el logaritmo negativo (-log) para obtener número positivos.

En química el logaritmo negativo (-log) se simboliza como p. De aquí nace la equivalencia:

Con esto se puede entender al pH como “la medida de la concentración de H+ presente en una disolución”.

pH = - log  [H⁺]

Donde [H⁺], representa la concentración molar de hidrógeno (o iones hidronio).

Análogamente, se define la expresión de pOH como:

Actividad

 

pOH = - log [OH^-]

1.     Si aplica logaritmo negativo (-log), o como la ecuación ya vista; a la concentración de ion hidronio, se obtendrá la escala de pH. Observa los datos de las concentraciones dadas en la tabla y obtiene el pH para cada una (estarás construyendo la clásica escala de pH).

[H+] M	pH
1
1x10-1
1x10-2
1x10-3
1x10-4
1x10-5
1x10-6
1x10-7
1x10-8
1x10-9
1x10-10
1x10-11
1x10-12
1x10-13
1x10-14

Como ya podrás haberte dado cuenta, existe una relación entre [H⁺] y [OH^-] que depende de la constante del agua (K_w). Esta misma relación se puede establecer en función del pH, obteniéndose:

pK_w = pH + pOH =14

Por ejemplo, si el pH de una disolución (o solución) es de 8, el valor de pOH es 6, pues:

pK_w = pH + pOH

14 = 8 + pOH

14 – 8 = pOH

6 = pOH

Ahora practica…

Cálculo de pH en ácidos y bases Fuertes

El siguiente esquema te puede ser de utilidad…

Ejemplos

a.    Calcula el pH de una solución acuosa de HCl 1x10^-3 M. (ácido fuerte)

Para resolver este asunto, consideramos que como el HCl es un ácido fuerte se disocia al 100 % y, por ende entrega todos sus iones, por estequiometria (igualación):

HCl        à      H⁺            +      Cl^-

                       1x10^-3          1x10^-3

Como la concentración de H⁺ es 1x10^-3 M, entonces:

pH = -log (1x10^-3)

pH = 3

b.    ¿Cuál será el pH de una solución acuosa de NaOH 1x10^-2 M? (base fuerte)

El NaOH es un electrolito fuerte, esto quiere decir que se disocia por completo, entregando todos sus iones de la siguiente manera:

NaOH    à       Na⁺      +      OH^-

                        1x10^-2                       1x10^-2

Tenemos entonces, si:

pOH = -log (1x10^-2)

pOH = 2

Pero, la pregunta es cuál es el pH, para esto recordamos que: pK_w = pH + pOH o 14 = pH +pOH

Tenemos según lo calculado:

14 = pH + 2

14 – 2 = pH

12 = pH…. Y listo!!!   C:

¡Ahora tú!

1.Calcula cuál será el pH de una disolución cuya [OH^-] = 1,0x10^-9 M

2.Calcula la concentración de [OH^-] para una disolución cuyo pH es de 12.

3. Completa la siguiente tabla:

Especie y su concentración (M)	[H+]	[OH-]	pH	pOH
KOH 1x10-2
HClO4 1
LiOH 1x10-4
HNO3 1x10-3
HI 1x10-1
Ca(OH)2 5x10-4

Hoja de ejercicios para actividades evaluadas en clase, y estudio personal

Clase 1

I.Responde las siguientes preguntas, y resuelve los problemas:

1.¿Cómo se definen ácidos y bases según Brönsted y Lowry?

2.¿Por qué las reacciones ácido-base se consideran como de transferencia de protones?

3.¿Qué diferencias pueden encontrarse entre las teorías de Arrhenius y  Brönsted-Lowry?

4.¿Qué características poseen las sustancias básicas?

5.Disocia los siguientes ácidos y bases:

a.HCl  à      b.KOH à      c.HNO₃ à

6.¿Qué es una reacción de neutralización? Dar un ejemplo de donde se puede observar.

7.Indicar la sal en las siguientes reacciones de neutralización:

a.HCl  +  NaOH  à  NaCl  +   H2O

b.H₂SO₄  +  2KOH  à  K₂SO₄   +   2H₂O

c.2HNO₃   +   Ca(OH)₂   à   Ca(NO₃)₂  +   2H₂O

Clase 2

1.¿Qué se entiende por fuerza de un ácido? ¿Cuál es la relación existente entre la fuerza de un ácido y su constante?

2.Calcular el pH de las siguientes disoluciones:

a.Ácido clorhídrico (HCl) 1x10^-2 M

b.Hidróxido de sodio (NaOH) 0,01 M

c.Ácido bromhídrico (HBr) 2,5x10^-3 M

d.Ácido nítrico (HNO₃) 1,34x10^-3 M

e.HCl 0,10 M

f.HCl 0,01 M

g.NaOH 0,10 M

h.NaOH 0,01 M

3.Calcular:

a.Si el pH de una disolución de ácido clorhídrico es 2,3. ¿Cuál es la concentración de dicha disolución?

b.Si la concentración de H⁺ de una disolución es 2x10^-4 M, ¿Cuál es la concentración de OH^- ?

c.Una disolución tiene una concentración de iones OH^- igual a 3x10^-4 M.¿Cuál es su concentración de iones H⁺? ¿La disolución es ácida o básica?

d.El pH de un producto es 13. ¿Cuál es la concentración de iones OH^- ?

e.Si se tiene una disolución amoniacal cuya concentración de iones hidroxilo es 0,0025 M, ¿Cuál es la concentración de H⁺?

4.Calcular la concentración de H⁺ , OH^- , pH y pOH de:

a.Una disolución 0,001 M de ácido nítrico.

b.Una disolución 0,00001 M de ácido nítrico.

c.100 mL de una disolución 0,1 M de hidróxido de sodio.

Desafío

1.Calcular los gramos de hidróxido de potasio necesarios para preparar 250 mL de una disolución acuosa cuyo pH sea 10.

2.Si se agrega 0,001 mol de NaOH a 1 litro de agua destilada. ¿Cuál será el pH de la solución preparada? ¿En cuántas unidades varía el pH en relación al pH del agua pura?