EQUILIBRIO IÓNICO El equili equilibrio brio iónic iónicoo es un tip tipoo esp especi ecial al de equ equili ilibri brioo quí químic mico, o, car caract acteri erizad zadoo por la presencia de especies químicas en solución acuosa, las cuales producen iones Las especies que producen en solución cargas son denominadas electrolitos. Un electrolito es cualquier especie que permite la conducción de la corriente eléctrica. ÁCIDOS Y BASES En 1923, dos científicos llamados Johannes N.Brönsted y T.M.Lowry, caracterizaron así los ácidos y las bases: Ácido: Es la sustancia capaz de ceder protones. Base: Es la sustancia capaz de recibir protones. Así entre un ácido y una base dados hay una relación determinada por el intercambio de protones. Es ese intercambio lo que les hace ser considerados bien ácidos, bien bases. Es el sist sistema ema ácido-base ácido-base conjug conjugado. ado. Se form formula ula como una reacción de protó protólisi lisis, s, de la siguiente manera: ÁCIDO <----> PROTÓN + BASE CONJUGADA. Características generales de ácidos y bases Característica que da a los ácidos es su olfato, que se deriva del vocablo acidus, el cual significa "agrio". Esta particularidad es evidente en algunas otras formas cítricas de frutas (limón, naranja) o algunos que contienen con tienen ácidos (yogur, vinagre). El sabor de las bases (muchas de ellas son toxicas) no es tan característico como en los ácidos, pues presentan mayor variedad, pero se puede decir que son ligeramente amargas (jabón, bicarbonato de sodio). Por otro lado, las bases son resbalosas al tacto (mezcla agua y jabón). Algunas bases son tan fuertes o concentradas que pueden llegar a causar serias lesiones en la piel si el contacto es prolongado. Los ácidos reaccionan con las proteínas cambiándoles su aspecto físico (Ej: Al agregar jugo albúmina,, esta de limón (ácido) a la clara de un huevo; que contiene una proteína llamada albúmina última se empieza a solidificar y tomar un color blanquecino). Una característica compartida es que son electrolíticos electrolíticos,, es decir, conducen la corriente eléctrica en disolución acuosa. •
Los ácidos tienen un pH menor de 7, cambian el papel tornasol de azul a rojo (Concentración de iones hidroxilo H+(OH)-). Las bases tienen un pH mayor que 7, cambian el papel tornasol de rojo a azul. El pH neutro es 7. TIPOS DE ELECTROLITOS En base a esto, se clasifica a los electrolitos en base a dos criterios: Comportamiento en solución: electrolitos ácidos, básicos, y neutros Capacidad conductora: electrolitos fuertes, débiles y no electrolitos •
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Electrolitos Fuertes: los que se ionizan totalmente en solución acuosa al pasar corriente eléctrica como las ácidos, como H2SO4, HCl, HNO3, Algunas sales iónicas como el NaCl, LiCl, KCl. Electrolitos débiles: Son los que se ionizan parcialmente en sol. acuosa y pueden ser los ácidos débiles como el CH3COOH ácido acético, o vinagre, el CH3CH2CH2OH,el alcohol, que son muy débiles y son orgánicos, y el H2O que presentan enlaces covalentes No electrolitos: De plano son las sustancias que no conducen La corriente eléctrica ni se disocian en sol. Acuosa como el azúcar, la madera, el vidrio etc. AUTO IONIZACIÓN DEL AGUA Corresponde a la propiedad química del agua donde ésta se auto separa en sus componentes iónicos. El agua es un electrolito débil, por lo que conduce la corriente eléctrica en una fracción pequeñísima, debido a que se encuentra poco disociada. H2O + H2O = H3O+ + OHAl ser una reacción reversible, podemos expresarla en función de una constante de equilibrio: K eq= [H3O+][OH-] Al ser el agua una especie pura, no se le considera en al expresión, por ende, la constante de equilibrio del agua queda expresada en función de la presencia de los dos iones formados Mediante procesos electroquímicos, se pudo comprobar que la constante de equilibrio de esta relación tiene un valor de: •
K w=1*10-14 La que se conoce como: Constante de auto ionización del agua. Se han hecho experimentos cuidadosos sobre la conductividad eléctrica del agua, los cuales han demostrado que ella se ioniza sólo ligeramente:
La constante de equilibrio de esta reacción es:
ESCALA DE PH pH es una medida de la acidez o la alcalinidad. La escala de el pH va desde 0 a 14. El punto medio de la escala del pH es 7, aquí hay un equilibrio entre la acidez y alcalinidad. Dicha solución seria neutral. Las normas del pH empiezan con una definición de pH. La p viene de la palabra poder. La H por supuesto es el símbolo de el elemento hidrógeno. Juntos el término pH significa hidrión exponente iónico. A medida que el potencial de liberar iones de hidrogeno incrementan en una sustancia el valor del pH sera menor. Es así como a mayor grado de acidez la lectura del pH será La escala del pH es logarísmica, significando que los valores separando cada unidad no son iguales en la escala por el contrario incrementan de manera proporcional a la distancia a la que se encuentren de la mitad de la escala el punto de equilibrio entre acidez y alcalinidad Los valores son multiplicados por 10 en cada unidad. Es por eso que el valor del pH de 6 es 10 veces más acídico que un pH con un valor de 7, pero un pH de 5 es 100 veces mas •
acídico que un pH de 7. De otra forma el valor del pH de 8 es 10 veces más alcalino que un pH con un valor de 7, pero un pH de 9 es 100 veces mas alcalino que un pH de 7. Nota: Cuando este probando el pH de su orina o saliva y la lectura le da una medida de un pH de 5.5 puede no parecer acídica (después de todo solo esta 1.25 puntos por debajo de 7), sin embargo es muy acídica. Es más es 50 veces más acídica de lo que es considerado saludable. Otra nota importante es que en orden de revertir y neutralizar la acidez, se requiere una gran cantidad de elementos alcalinos. En matemáticas sería algo como así: En orden de cambiar el pH de un galón de una solución, de 5.5 a 7.0, se requerirían mas de 20 galones de una solución con un pH de 7.5.
CONTENIDOS ESCALA DE PH ESCALA DE PH CONCENTRACIÓN DE H+ Y OH CONSTANTE DE IONIZACION DE ÁCIDOS Y BASES PROPIEDADES ÁCIDAS Y BÁSICAS DE LAS SALES
ESCALA DE PH CONCENTRACIÓN DE H+ Y OH
Los valores de [H+] para la mayoría de las soluciones son demasiado pequeños y difíciles de comparar, de ahí que
Sören Sörensen
en 1909 ideó una forma
mas adecuada de compararlas, el pH que no es mas que la forma logarítmica de expresar las concentraciones:
pH
log
1 H
o lo que es lo mismo
pH
log H La letra p denota “logaritmo negativo de”. Para una solución neutra a 25 °C en donde la concentración de iones
Hidrógeno es de 1.0 x 10-7 M el pH se calcula como:
pH
log
1 1.0x10
7
log 1.0x10
7
log1 log10
7
0 7
7
El valor de 7 para el pH de una solución neutra no es un valor arbitrario, se deriva del valor absoluto del producto ionico del agua a 25 °C que coincide con este número. El pH del agua pura es de 7.0, las soluciones ácidas tienen un pH < 7.0 y las básicas un pH > 7.0. Para una solución 1.0 M de un ácido fuerte, el pH = 0 y para una solución 1.0 M de una base fuerte el pH es 14.
Se muestra el valor de pH que presentan algunos líquidos. Recordar que la escala es logarítmica de ahí que si una solución difiere en una unidad de pH de otra, en realidad difiere en un factor de 10 en su [H +]. El pH de una solución puede ser cuantificado fácilmente a través de mediciones electroquímicas con un potenciómetro o con papel pH.
Medidores de pH y conductividad
pHimetros son usadas para determinar el nivel de acidez y alcalinidad. Son tan precisos permitir el uso con soluciones fuentes de la prensa pero tan barato para usar en el trabajo o en la casa para medir el acidez de agua bebiendo, acuarios de pescas tropicales y piscinas. Para probar acidez de la tierra de un jardín, mezcla dos partes de agua distillado con un parte de tierra, esperar la asenta de los sólidos y hace medida de la solución arriba. Conductimetros miden el nivel de sólidos disueltos para determinar la fuerza de una solución. Todos los medidores son duros, tamaño de bolsillo que se usan pilas incluidas para poder. Se use directamente en la solución sin la necesidad sacar una muestra. Pide información sobre modelos para uso en laboratorios y otros aplicaciones profesionales.
CONSTANTE DE IONIZACION DE ÁCIDOS Y BASES
El equilibrio entre iones y moléculas puede estudiarse matemáticamente del mismo modo que un equilibrio en el que todas las especies son moléculas. La constante de equilibrio para una reacción de ionizacion se denomina constante de ionizacion (Ki) La excreción de la constante de ionizacion para el ácido acético se deduce a partir de la ecuación HC 2 H 3O2
•
→ H
+
+
−
C 2 H 3O2
PROPIEDADES ÁCIDAS Y BÁSICAS DE LAS SALES
Las disoluciones acuosas de las sales pueden presentar un comportamiento ácido o básico debido a que los iones procedentes de su disociación pueden reaccionar con el agua intercambiando protones (reacciones de hidrólisis). Como consecuencia de estas reacciones, las disoluciones acuosas de las sales presentan diferentes propiedades ácido-base.
Sal de ácido fuerte y base débil:
Las disoluciones acuosas de sales que proceden de un ácido fuerte y una base débil tienen un pH ligeramente ácido. Por ejemplo, el NH4Cl (s) en agua, se disocia completamente en: NH4Cl (s) = NH4+ (ac) + Cl- (ac) El ion NH4+, ácido conjugado del NH3, sufre una hidrólisis. Como consecuencia de ésta se obtiene H3O+, que confiere a la disolución un carácter ácido:
Como la concentración del H2O permanece prácticamente constante, la constante de equilibrio, K a o constante de hidrólisis, es:
Sal de ácido débil y base fuerte:
Las disoluciones acuosas de sales que proceden de un ácido débil y una base fuerte tienen pH básico. Por ejemplo, la disolución de acetato de sodio en agua, se disocia completamente en: CH3 - COONa (s) = Na+ (ac) + CH3 - COO- (ac)
El ion CH3-COO-, base conjugada del CH3-COOH, sufre una hidrólisis. Como consecuencia de ésta se obtiene CH3-COOH e iones OH-, que confiere a la disolución un carácter básico:
Como la concentración del H2O permanece prácticamente constante, la constante de equilibrio, K b o constante de hidrólisis, es:
Sal de ácido y bases fuertes:
Las disoluciones acuosas de sales que proceden de un ácido fuerte y una base fuerte tienen pH neutro. Por ejemplo, la disolución de NaCl (s) en agua, se disocia completamente en: NaCl (s) = Na+ (ac) + Cl- (ac) Los iones Na+ y Cl- son, respectivamente, ácido y base conjugados de la base fuerte NaOH y el ácido fuerte HCl, por lo que en el agua tienen un comportamiento neutro y no se hidrolizan. Disoluciones amortiguadoras:
Se denomina disoluciones amortiguadoras o disoluciones tampón a aquellas que son capaces de mantener constante el valor del pH, después de la adición de pequeñas cantidades de ácido o de base.
Control del pH en una disolución amortiguadora.
Las disoluciones amortiguadoras más comunes son de dos tipos: Disoluciones de un ácido débil y una sal de ácido débil con un catión neutro (por ejemplo, una mezcla de CH3 ? COOH y CH3 ? COONa). Disoluciones de una base débil y una sal de base débil con un anión neutro (por ejemplo, una mezcla de NH3 y NH4Cl). •
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En el caso del ácido débil/sal de ácido débil, la capacidad amortiguadora se debe a que la relación [CH3 ? COOH] / [CH3 ? COO?] se mantiene aproximadamente constante. Si se añade un ácido fuerte, los iones H3O+ reaccionan con la base conjugada para formar el ácido débil; si se adiciona una base fuerte, los iones OH ? reaccionan con el ácido débil para formar su base conjugada, contrarrestando así la adición del ácido o de la base. La capacidad amortiguadora de una disolución tampón tiene un límite. La posibilidad de mantener constante el pH viene determinada por las cantidades de los componentes de la disolución. Para que una disolución amortiguadora sea efectiva, ambos componentes, ácido débil y base conjugada (o, alternativamente, base débil y su ácido conjugado) deben estar en cantidades apreciables y en concentraciones similares.
