Clase Amortiguadores

Producto iónico del agua, concepto de pH, escala y

medición de pH.

2

O

H

H + O

H

H O

H

H H OH-+

[ ] +

Propiedades ácido-base del aguaPropiedades ácido-base del agua

H2O (l) H+ (ac) + OH- (ac)

H2O + H2O H3O+ + OH-

ácido base conjugada

baseácido

conjugado

autoionización del agua

H2O (l) H+ (ac) + OH- (ac)

El producto iónico del aguaEl producto iónico del agua

Kc =[H+][OH-]

[H2O][H2O] =constante

Kc[H2O] = Kw = [H+][OH-]

La constante del producto iónico (Kw) es el producto de las concentraciones molares de los iones H+ y OH- a una temperatura particular.

At 250CKw = [H+][OH-] = 1.0 x 10-14

[H+] = [OH-]

[H+] > [OH-]

[H+] < [OH-]

La disolución es

neutra

ácida

básica

Dado que la mayoría de las concentraciones de especies en soluciones acuosas son potencias negativas de 10, se define el operador matemático “p = - log”. Para una especie de concentración C, pC = - log C.

En el caso de la especie H+

El operador “p” también puede aplicarse a constantes de equilibrio.

Ej.: Para un ácido de Ka = 1 x 10-5

pH y otras funciones logarítmicaspH y otras funciones logarítmicas

pH = -log [H+]

pKa = 5

El pH: una medida de la acidezEl pH: una medida de la acidez

pH = -log [H+]

[H+] = [OH-]

[H+] > [OH-]

[H+] < [OH-]

La disolución es

neutra

ácida

básica

[H+] = 1 x 10-7

[H+] > 1 x 10-7

[H+] < 1 x 10-7

pH = 7

pH < 7

pH > 7

A 250C

pH [H+]

pH y pOHpH y pOH

El potencial del ion hidrógeno fue definido en 1909 como el logaritmo de [H+] cambiado de signo.

pH = -log[H3O+] pOH = -log[OH-]

-logKW = -log[H3O+]-log[OH-]= -log(1,0*10-14)

KW = [H3O+][OH-]= 1,0*10-14

pKW = pH + pOH= -(-14)

pKW = pH + pOH = 14

pH y escala de pOHpH y escala de pOH

Escala de pH

8

Medida de pH

1. Para realizar medidas del pH que no necesiten ser muy precisas se utilizan unas sustancias llamadas indicadores, que varían reversiblemente de color en función del pH del medio en que están disueltas.

2. Se pueden añadir directamente a la disolución o utilizarlas en forma de tiras de papel indicador

3. Para realizar medidas exactas se utiliza un pH-metro, que mide el pH por un método potenciométrico

1. Para realizar medidas del pH que no necesiten ser muy precisas se utilizan unas sustancias llamadas indicadores, que varían reversiblemente de color en función del pH del medio en que están disueltas.

2. Se pueden añadir directamente a la disolución o utilizarlas en forma de tiras de papel indicador

3. Para realizar medidas exactas se utiliza un pH-metro, que mide el pH por un método potenciométrico

9

Cálculo de pH de ácidos fuertes

En general para cualquier ácido fuerte monoprótico:

HX → H+ + X-

[HX] = [H+]

pH=-log [H+]

En general para cualquier ácido fuerte monoprótico:

HX → H+ + X-

[HX] = [H+]

pH=-log [H+]

10

Cálculo de pH de una base fuerte

En general para cualquier base fuerte:

MOH → M+ + OH-

[MOH] = [OH-]

pOH=-log [OH-]

pH = 14 - pOH

En general para cualquier base fuerte:

MOH → M+ + OH-

[MOH] = [OH-]

pOH=-log [OH-]

pH = 14 - pOH

Calcule el pH de las siguientes disoluciones:

a) Una solución formada por 10mL de HCl 0,5M diluida a un volumen final de 500mL.

b) Una solución formada mezclando 0,4g de NaOH disueltos en 250mL.

Datos: M.A. (g/mol) : Na = 23,00; O = 16,00; H = 1,01.

Calcule el pH de las siguientes disoluciones:

a) Una solución formada por 10mL de HCl 0,5M diluida a un volumen final de 500mL.

b) Una solución formada mezclando 0,4g de NaOH disueltos en 250mL.

Datos: M.A. (g/mol) : Na = 23,00; O = 16,00; H = 1,01.

Ejercicio

12

HA (ac) + H2O (l) H3O+ (ac) + A- (ac)

Ácidos débiles monopróticos (HA) y su constante de ionización ácida

HA (ac) H+ (ac) + A- (ac)

Ka =[H+][A-]

[HA]

Ka es la constante de ionización ácida

Ka

ácido débil fuerza

13

Constantes de ionización de algunos ácidos débiles.

14

HA (ac) + H2O (l) H3O+ (ac) + A- (ac)

HA (ac) H+ (ac) + A- (ac)

Ka =[H+][A-]

[HA]

Cálculo de pH de un ácido monoprótico débil (HA)

Ka es la constante de ionización ácida

Ka

ácido débil fuerza

¿Cuál es el pH de una disolución 0.5 M HF (a 250C)?

HF (ac) H+ (ac) + F- (ac) Ka =[H+][F-]

[HF]= 7.1 x 10-4

HF (ac) H+ (ac) + F- (ac)

Inicial (M)

Cambio (M)

Equilibrio (M)

0.50 0.00

-x +x

0.50 - x

0.00

+x

x x

Ka =x2

0.50 - x= 7.1 x 10-4

Ka x2

0.50= 7.1 x 10-4

0.50 – x 0.50Ci/Ka = 704

x2 = 3.55 x 10-4 x = 0.019 M

[H+] = [F-] = 0.019 M pH = -log [H+] = 1.72 [HF] = 0.50 – x = 0.48 M

Porcentaje de ionización =

Concentración del ácido ionizado en el equilibrio

Concentración inicial del ácidox 100%

Para un ácido monoprótico HA

Porcentaje de ionización = [H+]

[HA]0

x 100%

[HA]0 = concentración inicial de HA

Acido fuerte

Acido débil

Concentración Inicial de ácido

% Ioniz

aci

ón

NH3 (ac) + H2O (l) NH4+ (ac) + OH- (ac)

Cálculo de pH de una base débil

Kb =[NH4

+][OH-][NH3]

Kb es la constante de ionización básica

Kb

fuerza de base débil

NH3 (ac) + H2O (l) NH4+ (ac) + OH- (ac)

Cálculo de pH de una base débil

Kb =[NH4

+][OH-][NH3]

Kb es la constante de ionización básica

Kb

fuerza de base débil

Efecto del ion común en los equilibrios ácido-base

• El efecto del ion común describe el efecto en un

equilibrio por una segunda sustancia que adorna los iones

que puede participar en ese equilibrio.

• Se dice que los iones añadidos son comunes al equilibrio.

Disoluciones amortiguadoras (tampón o buffer)

Sistemas de dos componentes que cambian el pH sólo muy ligeramente con la adición de pequeñas cantidades de un ácido o una base.

Los dos componentes no deben neutralizarse entre sí.

Solución buffer ácida: Un ácido débil y su base conjugada suministrada como sal.Solución buffer básica: Una base débil y su ácido conjugado suministrado como sal.

Cambio de pH tras añadir ácido/base a una disolución

amortiguadora

Cambio de pH tras añadir ácido/base a una disolución

amortiguadora

Cambio de pH tras añadir ácido/base al agua

Cambio de pH tras añadir ácido/base al agua

Disoluciones amortiguadoras (tampón o buffer)

Suponga un amortiguador constituido por ácido débil (HA) y MA (una sal del ácido débil y base fuerte). En este sistema:

1.- El ácido estará parcialmente disociado según la ecuación:                                                                                

Aplicando la ley de acción de masas:                                                           

1.- El ácido estará parcialmente disociado según la ecuación:                                                                                

Aplicando la ley de acción de masas:                                                           

Disoluciones reguladoras

HA ↔ H+ + A-

[HA]][A][H

K a

log Ka + log [A-]

log [H+] =[HA]

pKa - log [A-]

pH =[HA]

pKa + log [HA]

pH =[A-]

pKa + log [ácido]

pH = [base conjugada]

Ecuación de Henderson-Hasselbalch

pKa + log [ácido]

pH = [Sal]

[HA]][A][H

K a

][A[HA]

K][H a

-log Ka - log [A-]

-log [H+] =[HA]

Calcule el pH de una solución que es 0.050M de HNO2 y 0.050M en NaNO2 si el valor de Ka=4.5x10-4

EJERCICIOEJERCICIO

][HNO][NaNO

logpKapH2

2

[0.050M][0,050M]

log)10-log(4,5pH 4

3,3pH

¿Qué masa de NaC2H3O2 debe disolverse en 0,300 L de HC2H3O2 0,25 M para obtener una disolución de pH = 5,09? (Suponga que el volumen de la disolución se mantiene constante en 0,300 L)

HC2H3O2 + H2O C2H3O2- + H3O+

Expresión de equilibrio:

[H3O+] [HC2H3O2]

Ka=[C2H3O2

-]= 1,8*10-5

Preparación de una disolución reguladora

con un determinado pH.

Preparación de una disolución reguladora

con un determinado pH.

[H3O+] [HC2H3O2]

Ka=[C2H3O2

-]= 1,8*10-5

[H3O+] = 10-5,09 = 8,1*10-6

[HC2H3O2] = 0,25 M

Resolvemos para [C2H3O2-]

[H3O+]

[HC2H3O2]= Ka

[C2H3O2-] = 0,56 M

8,1*10-6

0,25= 1,8*10-5

1 mol NaC2H3O2

82,0 g NaC2H3O2

Masa C2H3O2- = 0,300 L

[C2H3O2-] = 0,56 M

1 L

0,56 mol1 mol C2H3O2

-

1 mol NaC2H3O2

* *

* = 14 g NaC2H3O2

HIDRÓLISISHIDRÓLISIS

Comportamiento ácido–base de las sales

NeutrasÁcidasBásicas

¿Cómo determinarlo de forma cualitativa?

1. Disociar la sal en sus iones2. Identificar su procedencia3. Determinar cuáles se pueden hidrolizar4. Plantear y analizar el equilibrio de hidrólisis

Considere una sal MA que se disuelve en agua:

El catión M+ proviene de MOH (base fuerte o débil)

El anión A- proviene de HA (ácido fuerte o débil)

29

MA → M+ + A-

HIDRÓLISISHIDRÓLISIS

Sales procedentes de ácido fuerteSales procedentes de ácido fuerte y base fuerte.y base fuerte.

[p.ej.: NaCl, KCl, NaNO3]

NaCl (s) H2O

Na+ (ac) + Cl- (aq)

Procede de una base fuerte (NaOH).No se hidroliza

Procede de un ácido fuerte (HCl).No se hidroliza

Disolución neutra

Sales procedentes de ácido fuerte Sales procedentes de ácido fuerte y base débily base débil

[p.ej.: NH4Cl]

NH4Cl (s) H2O

NH4+ (aq) + Cl- (aq)

Procede de una base débil (NH3). Se hidroliza

Procede de un ácido fuerte (HCl).No se hidroliza

Disolución ácida

NH4+ (aq) + H2O (l) NH3 (aq) + H3O+ (aq)

Sales procedentes de ácido débil y base fuerteSales procedentes de ácido débil y base fuerte

[p.ej.: CH3COONa]

CH3COONa (s) H2O CH3COO- (ac) + Na+ (ac)

Procede de un ácido débil (CH3COOH). Se hidroliza

Procede de una base fuerte (NaOH).No se hidroliza

Disolución básica

CH3COO- (ac) + H2O (l) CH3COOH (ac) + OH- (ac)

Sales procedentes de ácido débil y base débilSales procedentes de ácido débil y base débil

[p.ej.: NH4CN]

NH4CN (s) H2O

NH4+ (aq) + CN- (aq)

Procede de una base débil (NH3). Se hidroliza

Procede de un ácido débil (HCN) Se hidroliza

Si Kh (catión) > Kh (anión) Disolución ácidaSi Kh (catión) < Kh (anión) Disolución básicaSi Kh (catión) = Kh (anión) Disolución neutra

[Para el NH4CN: disolución básica]

• Se desea preparar una disolución amortiguadora compuesta por acido benzoico/benzoato de sodio (C6H5CO2H/ C6H5CO2Na) de pH igual a 5,0. Si la constante de acidez del acido benzoico es 6,6*10-5, calcule la masa, en gramos, de benzoato de sodio que se debe agregar a 250 mL de acido benzoico 0,150 mol/L, para obtener la disolución tampón deseada.

Dato: MM(C6H5CO2Na) = 144,0 g/mol

Ejercicio propuesto Ejercicio propuesto

Ejercicios propuestos

1. Calcule el pH de las siguientes soluciones amortiguadoras: a) HCOONa 0,100 M más HCOOH 0,180 M, Ka = 1,8 x 10-4

b) C5H5N 0,075 M más C5H5NHCl 0,050 M, Kb = 1,7 x 10-9

R: (a) pH = 3,5 (b) pH = 5,4

2. ¿Cuántos gramos y moles de hipobromito de sodio se deben agregar a 1,00 L de ácido hipobromosos 0,200 M para formar una solución amortiguadora de pH = 8,80. Suponga que el volumen no cambia al agregar el sólido. Ka(HBrO) = 2,5 x 10-9

R: Para 1,0 L se necesitan 0,32 moles, 38,1 g de NaBrO

La Efedrina, (C10H15N), es un estimulante del sistema nervioso central, se usa en aerosoles nasales como descongestionante. Este compuesto es una base orgánica débil cuya Kb=1.4 x10-4

C10H15N (ac) + H20 (l) C10H15NH+(ac) + OH-

¿Qué pH esperaría usted para una solución de 250 mL en el cual se disuelven 8,75mg de efedrina si se supone que no hay otra sustancia presente?

Datos: M.M. (C10H15N) = 149.3 g/mol.

Ejercicio

37

1. El ácido acetilsalicílico o HAS (HC9H7O4), también conocido con el nombre de Aspirina®, es un fármaco usado frecuentemente como antiinflamatorio, analgésico, administrado en dosis de 500 mg. Si una dosis se disuelve en 10.0 mL de agua se obtiene una solución con pH 2.02. Con estos datos calcule la constante de acidez del ácido acetilsalicílico.

Datos: La masa molecular de la aspirina es 180.67 g/mol

Ejercicio

38

Se necesita determinar el pH de una disolución formada por un ácido fuerte y un ácido débil. Para este fin mezcló 300mL de HClO4 0,05M con 200mL de un ácido débil cualquiera (HA) de concentración 0,5M (Ka = 1,8×10-5).Determine el pH de la nueva disolución y discuta el resultado obtenido comparando con el pH de las dos disoluciones ácidas mencionados anteriormente.

Ejercicio

39

a) Calcule la constante de acidez del ácido benzoico (C6H5COOH) si sabe que cuando se pesan 6,15 g del ácido y se disuelven en agua hasta llegar a un volumen de 600 mL el pH de la solución resultante es 2,64.

(MMC6H5COOH = 122,13g/mol)

b) El benzoato de sodio (C6H5COONa) es un preservante usado en los alimentos. Si se tiene 20 mL de una disolución 0,1 M de benzoato de sodio y se mezclan con 20 mL de la solución preparada en a) calcule el pH de la solución resultante.

Ejercicio

1. Una disolución acuosa de ácido yodhídrico 0.100 M posee una concentración de protones de 0,0335 mol/L calcular:

a. La constantes de ionización del ácido (Ka)

b. La concentración de ácido yodhídrico necesaria para que el pH de la disolución sea 2,0

Ejercicio Propuesto Ejercicio Propuesto

El ingrediente activo de la aspirina es el ácido acetilsalicílico (HC9H7O4), un ácido monoprótico débil con Ka = 3.3·10-4 a 25ºC. ¿Cuál es el pH de una disolución obtenida disolviendo dos tabletas de aspirina, con 500 mg de ácido acetilsalicílico cada una en 250 mL de agua.

Datos: La masa molecular de la aspirina es 180.67 g/mol

El ingrediente activo de la aspirina es el ácido acetilsalicílico (HC9H7O4), un ácido monoprótico débil con Ka = 3.3·10-4 a 25ºC. ¿Cuál es el pH de una disolución obtenida disolviendo dos tabletas de aspirina, con 500 mg de ácido acetilsalicílico cada una en 250 mL de agua.

Datos: La masa molecular de la aspirina es 180.67 g/mol

Ejercicio Propuesto

Calcule el pH de las siguientes disoluciones:

a) Una solución formada mezclando 0.4 g de NaOH disueltos en 250 mL, con una solución constituída por 0.5 g de Ca(OH)2 disueltos en 100 mL de solución.

b) Una solución ácido cianhídrico 0,01M, HCN, Ka 4,9 × 10-10.

Calcule el pH de las siguientes disoluciones:

a) Una solución formada mezclando 0.4 g de NaOH disueltos en 250 mL, con una solución constituída por 0.5 g de Ca(OH)2 disueltos en 100 mL de solución.

b) Una solución ácido cianhídrico 0,01M, HCN, Ka 4,9 × 10-10.

Ejercicio Propuesto