9.3 ESTUDIO CUANTITAVO DE LOS EQUILIBRIOS DE TRANSFERENCIA

DE PROTONES¿Cómo cuantificar el carácter ácido o básico de las

sustancias y el equilibrio?

Química

A.16. El agua bidestilada en un recipiente de platino tiene una conductividad muy pequeña, pero se puede medir. Interpretar este hecho experimental señalando qué especies químicas pueden estar involucradas.

A.17. Como el sistema de agua está en equilibrio, ya que la conductividad no varía con el tiempo y la composición tampoco, escribir la ley de este equilibrio, llamado auto ionización del agua. Determinar la concentración de iones H3O+ y OH- en agua pura, si sabemos que Kw = 10-14 mol2·L-2, 25 0C.

A.18. Calcular la concentración de los iones hidronio presentes en estas tres soluciones: a) En un solución 1 mol/L de ácido clorhídrico. b) En agua pura. c) En un solución 1 mol/L de hidróxido de sodio. Por qué es necesario un operador para representar estos tres valores en un gráfico simple, y así transformar las cantidades en números sencillos y positivos.

La necesidad de transformar cantidades muy grandes o muy pequeñas con el operador logarítmico se intuye por el químico danés, Sören Peter Lauritz SÖRENSEN (1868-1939). Este operador recibió su nombre: Operador Sörensen.

𝑝𝐻=− log ¿

𝑝𝑂𝐻=− log [OH− ]

A.19. Indicar el carácter ácido o básico de los líquidos señalados en la tabla:

A.20. Calcula la concentración molar de iones H3O+ y OH– en una disolución acuosa cuyo pOH es 2,7. Determina, también, el valor del producto iónico del agua a 50 ⁰C si a esa temperatura el pH del agua pura es 6,62.

Fuerza de Ácidos y Bases

Los 7 Ácidos fuertes (hidrácidos y

oxoácidos) (+ a -)Ácidos Débiles

(orgánicos) Bases fuertes (Hidróxidos)

HClO4 HCOOH LiOH Mg(OH)2

HClO3 CH3COOH NaOH Ca(OH)2

HI NH4+ KOH Sr(OH)2

HBr RbOH Ba(OH)2

HCl CsOH

H2SO4

HNO3

Los ácidos y bases que en agua se disocian prácticamente al 100%, se llaman ácidos y bases fuertes.La mayoría de veces la transferencia protónica no ocurre totalmente, sino que nos lleva al equilibrio entre los llamados ácidos y bases débiles.

¿Por qué Fuertes o Débiles?Hidrácidos: Cuánto mayor en la energía del enlace H-A, menos estable es, más fácil cede el H+

Ácido Ee (kJ/mol)

HI 298,3

HBr 366,1

HCl 431,9

HF 568,2

Oxoácidos: + electronegativo es el halógeno, más atrae el par de e- que comparte con O unido a H, más fácil ionizar.

Ácido EN

HClO4 3,0

HBrO4 2,8

HIO4 2,5

Oxoácidos: Cuánto más O haya alrededor del halógeno, más fácil cede el protón.

Ácido Nº Oxidación

HClO4 +7

HClO3 +5

HClO2 +3

Fuertes vs Débiles

Fuertes vs Débiles

A.21. ¿Cuál de las dos situaciones representa un ácido fuerte y cuál un ácido débil?

A.22. Aplicar la ley del equilibrio químico en los siguientes casos: a) En disolución acuosa de una solución de ácido débil, por ejemplo, HCN. b) Solución acuosa de una base débil, como NH3.

A.23. Escribir las reacciones y las constantes de equilibrio en el agua de un ácido HA y de su base conjugada. a) Deducir la relación entre Ka y Kb. b) Expresar las formas logarítmicas y deducir la relación entre

pKa y pKb.

Ácidos y Bases conjugadasNombre ÁCIDO pKa BASE CONJUGADA pKb

Ión oxonio H3O- -1,73 H2O 15,73Ácido Yódico HIO3 0,72 IO3

- 13,28Ácido sulfuroso H2SO3 1,77 HSO3

- 12,23Ión Hidrogenosulfato HSO4

- 1,92 SO42- 12,08

Ácido Fosfórico H3PO4 2,12 H2PO4- 11,88Ácido Fluorhídrica HF 3,15 F- 10,85

Ácido Nitroso HNO2 3,35 NO2- 10,65

Ácido fórmico HCOOH 3,74 HCOO- 10,26Ácido Benzoico C6H5COOH 4,18 C6H5COO- 9,82Ácido acético CH3COOH 4,74 CH3COO- 9,26

Ácido proponoico CH3CH2COOH 4,85 CH3CH2COO- 9,15Ácido carbónico H2CO3 6,38 HCO3

- 7,62Ácido Sulfhídrico H2S 7,00 HS- 7,00

Ión dihidrogenofosfato H2PO4- 7,21 HPO42- 6,79

Ión Hidrogenosulfito HSO3- 7,25 SO32- 6,75

Ácido hipocloroso HClO 7,49 ClO- 6,51Ácido Bórico H3BO3 9,24 H2BO3

- 4,76Ión Amonio NH4

+ 9,25 NH3 4,75Ácido Cianhídrico HCN 9,40 CN- 4,60

Ión hidrogenocarbonato HCO3- 10,24 CO3

2- 3,76Ión Hidrogenofosfato HPO4

2- 11,77 PO43- 2,23

Ión Hidrogenosulfuro HS- 13,00 S2- 1,00

A.24. Completar esta tabla y ordenar, según la fuerza relativa, los ácidos y las bases que aparecen en esta tabla.