Guía de Aprendizaje Nº2
Unidad: Reacciones de
transferencia
“Ácidos y bases”
Tu nombre:
Curso: Fecha:
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:
Kw[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”.
|
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 (Kw). Esta misma relación se puede establecer en función
del pH, obteniéndose:
pKw = pH + pOH =14
Por ejemplo, si el pH de una
disolución (o solución) es de 8, el valor de pOH es 6, pues:
pKw = 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: pKw = 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?
No hay comentarios:
Publicar un comentario
manuscrito