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Química avanzada (AP Chemistry)
Curso: Química avanzada (AP Chemistry) > Unidad 8
Lección 4: Reacciones ácido-base- Reacciones ácido fuerte-base fuerte
- Reacciones ácido débil-base fuerte
- Ejemplo trabajado: Calcular el pH después de una reacción ácido débil-base fuerte (exceso de ácido)
- Reacciones base débil-ácido fuerte
- Reacciones ácido débil-base débil
- Reacciones ácido-base
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Reacciones ácido débil-base débil
Cuando se mezclan un ácido débil y una base débil, llegan a un estado de equilibrio representado por la siguiente ecuación: HA(aq) + B(aq) ⇌ A⁻(aq) + HB⁺(aq). La posición de equilibrio se encuentra en el lado del ácido más débil y la base más débil, y podemos determinar si la solución resultante es ácida, básica o neutral comparando los valores de Ka y Kb de estas especies. Creado por Jay.
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Transcripción del video
Digamos que HA representa un ácido débil
genérico y B representa una base débil genérica. Si nuestro ácido débil dona un protón a nuestra
base débil, se formará A menos y HB más. Para identificar pares de bases de
ácidos conjugados recordemos que solo hay un protón o una H más de diferencia
entre un ácido y su base conjugada. De modo que cuando HA dona su
protón y se convierte en A menos, A menos debe ser la base conjugada de HA. Así que hay una H más de diferencia entre HA
y A menos. Son un par ácido base conjugado. Cuando B acepta un protón, se convierte en HB más, por lo tanto, HB más debe
ser el ácido conjugado de B. Como hay una diferencia de H más entre B
y HB más, son un par ácido base conjugado. Veamos la situación en la que la constante de
equilibrio para esta reacción es mayor que uno. Si K es mayor que uno, eso significa que, en
equilibrio, hay más productos que reactantes, por lo tanto, el equilibrio favorece
la formación de los productos. Para reacciones ácido-base el
equilibrio siempre favorece el lado con el ácido más débil y la base más débil.
Por lo tanto, dado que el equilibrio favorece a los productos, el ácido más débil y
la base más débil, están del lado del producto y el ácido más fuerte y la base más
fuerte están en el lado de los reactantes. Así que al comparar nuestros dos ácidos,
HA y HB más, HA es el ácido más fuerte de los dos. Y al comparar nuestras dos bases B y A
menos, B es la base más fuerte de las dos. Cuando la constante de equilibrio
es menor que 1 eso significa que, en equilibrio, hay más reactantes que productos. Por eso, esta vez, el equilibrio
favorece la formación de los reactantes. Y el equilibrio siempre favorece al lado
con el ácido más débil y la base más débil. Como el equilibrio favorece a los reactantes, el
ácido más débil y la base más débil, están en el lado de los reactantes y el ácido más fuerte y
la base más fuerte están del lado del producto. Así que comparando nuestros dos ácidos, HA y HB
más, esta vez, HB más es el ácido más fuerte de los dos y para nuestras bases B y A menos, esta
vez, A menos es la base más fuerte de las dos. Veamos un ejemplo de una reacción
de ácido débil, base débil. El anión sulfato de hidrógeno reacciona
con el anión carbonato para formar el anión sulfato y el anión carbonato de hidrógeno. Observando la reacción, el anión de sulfato
de hidrógeno está donando su protón por lo que debe ser el ácido y el anión carbonato está
aceptando un protón así que debe ser la base. Después de que el anión sulfato de hidrógeno
dona su protón se convierte en el anión sulfato, SO4 2 menos.
Por lo tanto, el anión Sulfato debe ser la
base conjugada de HSO4 menos. De modo que un par de ácido base
conjugado es HSO4 menos y SO4 2 menos. Cuando el anión carbonato acepta el protón, se
convierte en el anión carbonato de hidrógeno. Por lo tanto, el anión carbonato de hidrógeno,
debe ser el ácido conjugado del anión carbonato. Así que otro par ácido-base conjugado
consiste en el anión carbonato, y el anión carbonato de hidrógeno. La constante de equilibrio para esta reacción
a 25 grados Celsius es mayor que uno, por lo tanto el equilibrio favorece
la formación de los productos. Como el equilibrio favorece la formación
del ácido más débil y la base más débil, sabemos que el ácido más débil y la
base más débil deben estar en el lado del producto y el ácido más fuerte y la base
más fuerte están en el lado de los reactantes. Por lo tanto, el anión sulfato de hidrógeno es
un ácido más fuerte que el anión carbonato de hidrógeno, y el anión carbonato es una
base más fuerte que el anión sulfato. Veamos otro ejemplo de una reacción
de ácido débil, base débil. En este caso, el ácido fluorhídrico reacciona con el amoníaco para formar el ion amonio un
NH4 más, y el anión fluoruro, F menos. Debido a que el ácido fluorhídrico dona un protón, es un ácido y debido a que el amoníaco acepta
un protón, el amoníaco funciona como una base. Y cuando HF dona un protón, se convierte
en el anión fluoruro F menos, por lo tanto, el anión fluoruro es la base conjugada de HF. Y cuando el amoníaco acepta un protón,
se convierte en NH4 más el ion amonio, por lo tanto, el ion amonio
es el ácido conjugado de NH3. Digamos que mezclamos moles iguales de nuestro
ácido débil HF con nuestra base débil NH3 y nuestro objetivo es averiguar si la solución
resultante es un ácido, una base o es neutra. En primer lugar, necesitamos determinar
si son los reactantes o los productos los favorecidos en el equilibrio
y para ayudarnos a determinarlo aquí tenemos los valores de Ka y
Kb para nuestros ácidos y bases. Así que aquí está el valor de Ka para el
ácido fluorhídrico a 25 grados Celsius, todos estos están a 25 grados Celsius. Aquí está el valor de Kb para el amoníaco, el valor de Ka para el ion amonio y
el valor de Kb para el anión fluoruro. Entonces, al observar nuestros dos ácidos, este
es el ácido fluorhídrico y este el catión amonio, Ka para el ácido fluorhídrico tiene un valor más
alto que Ka para el catión amonio, por lo tanto, el ácido fluorhídrico es el más fuerte de
los dos, es el ácido más fuerte de los dos. Y para las dos bases, tenemos amoníaco
y también tenemos el anión fluoruro, observando los valores de Kb, para el amoníaco
el valor de Kb es mayor que el valor de Kb para el anión fluoruro, por lo tanto, el
amoníaco es la base más fuerte de las dos. Así que tenemos el ácido más fuerte
y la base más fuerte en el lado del reactante y el ácido más débil y la
base más débil del lado del producto. Sabemos que el equilibrio favorece al lado
con el ácido más débil y la base más débil. Por lo tanto el equilibrio favorece
la formación de los productos. Entonces podemos continuar y escribir la constante de equilibrio para esta
reacción que es mayor que uno. En equilibrio vamos a tener más de nuestros
productos que de nuestros reactantes. De modo que para determinar si tenemos
una solución ácida, básica o neutra, tenemos que pensar en el catión amonio
y el anión fluoruro en solución acuosa. Dado que el valor de Ka para el catión amonio es
mayor que el valor de Kb para el anión fluoruro, el catión amonio es mejor para producir
iones hidronio en solución acuosa que el anión fluoruro para producir
aniones hidróxido en solución acuosa. Así que la concentración de
iones hidronio será mayor que la concentración de aniones hidróxido y por
lo tanto la solución resultante será ácida.