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Química avanzada (AP Chemistry)
Curso: Química avanzada (AP Chemistry) > Unidad 12
Lección 2: Equilibrios ácido-base- Equilibrios ácido-base débiles
- Pares conjugados ácido–base
- Relación entre Ka y Kb
- Relación entre Ka y Kb
- Ka y fuerza de un ácido
- Equilibrio de un ácido débil
- Equilibrio de una base débil
- Propiedades ácido-base de las sales
- pH de disoluciones salinas
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Equilibrios ácido-base débiles
Reacciones de ionización de ácidos y bases débiles y sus constantes de equilibrio, Ka y Kb, correspondientes. Relación de Ka y Kb con el pH y cálculos de porcentaje de disociación.
Puntos más importantes:
- Para un ácido débil monoprótico genérico
con su base conjugada , la constante de equilibrio tiene la forma:
- La constante de disociación ácida
cuantifica el grado de disociación de un ácido débil. Cuanto mayor es el valor de más fuerte es el ácido y viceversa. - Para una base débil genérica
con su ácido conjugado , la constante de equilibrio tiene la forma:
- La constante de disociación básica (o constante de ionización básica)
cuantifica el grado de ionización de una base débil. Cuanto mayor es el valor de , más fuerte es la base y viceversa.
Ácidos y bases fuertes y débiles
Los ácidos fuertes y las bases fuertes se refieren a especies que se disocian completamente para formar los iones en solución. Por el contrario, los ácidos y bases débiles se ionizan solo parcialmente y la reacción de ionización es reversible. Así, soluciones de ácidos y bases débiles contienen, en equilibrio dinámico, múltiples especies con carga y sin carga.
En este artículo, hablaremos de reacciones de disociación de los ácidos y de las bases y sus constantes de equilibrio correspondientes: la constante de disociación ácida y la constante de disociación básica.
Calentamiento: comparación entre la fuerza de un ácido y el
Problema 1: ácidos débiles frente a ácidos fuertes a la misma concentración
Tenemos dos soluciones acuosas: una solución de ácido fluorhídrico, y una solución de ácido bromhídrico, . ¿Que solución tiene el más bajo?
Problema 2: ácidos débiles frente a ácidos fuertes a diferentes concentraciones
Esta vez tenemos una solución de ácido fluorhídrico, y una solución de ácido bromhídrico, . ¿Qué solución tiene el más bajo?
Asumimos que no conocemos la constante de equilibrio para la disociación de ácido fluorhídrico.
Ácidos débiles y la constante de disociación ácida,
Los ácidos débiles son ácidos que no se disocian completamente en solución. En otras palabras, un ácido débil es cualquier ácido que no es un ácido fuerte.
La fuerza de un ácido débil depende de cuánto se disocia: cuanto más se disocia, más fuerte es el ácido. Para cuantificar la fuerza relativa de los ácidos débiles, debemos analizar la constante de disociación ácida , que representa la constante de equilibrio para la reacción de disociación de un ácido.
Para un ácido monoprótico débil genérico , la reacción de disociación en agua puede escribirse como sigue:
De acuerdo con en esta reacción, podemos escribir nuestra expresión de la constante de equilibrio :
La expresión de equilibrio es la relación entre productos y reactivos. Mientras más se disocie en y en su base conjugada , más fuerte será el ácido y mayor será el valor de . Como el está relacionado con el de la solución será una función de y de la concentración del ácido: de esta manera, el disminuye a medida que la concentración del ácido y/o los valores de aumentan.
Ácidos débiles comunes
La tabla siguiente incluye algunos ejemplos de ácidos débiles y sus valores de respectivos.
Nombre | Fórmula | |
---|---|---|
Amonio | ||
Ácido cloroso | ||
Ácido fluorhídrico | ||
Ácido acético |
Verificación de conceptos: basados en la tabla anterior, ¿qué ácido es más fuerte, el ácido acético o el ácido fluorhídrico?
Ejemplo 1: calcular el % de disociación de un ácido débil
Una manera de cuantificar la cantidad de un ácido débil que se ha disociado en una solución es calcular el porcentaje de disociación. La disociación porcentual de un ácido débil se puede calcular como sigue:
Si el ácido nitroso tiene una de a , ¿cuál es el porcentaje de disociación del ácido nitroso en una solución ?
¡Veamos este ejemplo paso a paso!
Paso 1: escribir la reacción balanceada de la disociación de un ácido
En primer lugar, vamos a escribir la reacción balanceada de disociación de en agua. El ácido nitroso puede donar un protón al agua para formar :
Paso 2: escribir la expresión para
A partir de la ecuación que vimos en el paso 1, podemos escribir la expresión de para el ácido nitroso:
Paso 3: encontrar y al equilibrio
A continuación, podemos usar una tabla para determinar las expresiones algebraicas de las concentraciones de equilibrio en nuestra expresión de :
Inicial | ||||
Cambio | ||||
Equilibrio |
Insertamos las concentraciones de equilibrio en nuestra expresión de y obtenemos:
Al simplificar esta expresión, obtenemos lo siguiente:
Se trata de una ecuación de segundo grado que puede resolverse para mediante la fórmula cuadrática o bien por el método de aproximación.
Cualquiera de los dos métodos dará . Por lo tanto, .
Paso 4: calcular el porcentaje de disociación
Para calcular el porcentaje de disociación, podemos utilizar las concentraciones de equilibrio que se obtuvieron en el paso 3:
De esta manera, del en solución se disocia en los iones y .
Bases débiles y
Examinemos ahora la constante de disociación básica (también llamada la constante de ionización básica) . Podemos comenzar escribiendo la reacción de ionización para una base débil genérica en agua. En esta reacción, la base acepta un protón del agua para formar hidróxido y el ácido conjugado, :
Podemos escribir la expresión de la constante de equilibrio como sigue:
A partir de esta relación, podemos ver que entre más se ioniza la base para formar , más fuerte será la base y más grande el valor de . De esta manera, el de la solución será dado en función del valor de y de la concentración de la base.
Ejemplo 2: cálculo del de una base débil
¿Cual es el de una solución de amoníaco, ? ?
Este ejemplo es un problema de equilibrio con un paso adicional: encontrar el a partir de . Veamos los cálculos paso a paso.
Paso 1: escribir la reacción balanceada de ionización
En primer lugar, vamos a escribir la reacción de ionización básica del amoniaco. El amoniaco acepta un protón del agua para formar iones amonio, :
Paso 2: escribir la expresión para
A partir de esta ecuación balanceada, podemos escribir una expresión para :
Paso 3: encontrar y de equilibrio
Para determinar las concentraciones de equilibrio, utilizamos una tabla :
Inicial | ||||
Cambio | ||||
Equilibrio |
Al insertar los valores de equilibrio en nuestra expresión de , obtenemos lo siguiente:
Simplificando, obtenemos:
Se trata de una ecuación de segundo grado que puede resolverse para mediante la fórmula cuadrática o bien por el método de aproximación. Cualquier método producirá la solución
Paso 4: determinar el a partir de
Ya que conocemos la concentración de hidróxido, podemos entonces calcular :
Recordemos que a , . Al reorganizar esta ecuación, obtenemos:
Insertamos nuestro valor de y obtenemos:
Por lo tanto, el de la solución es de 11.72.
Bases débiles comunes
Desde los jabones a los productos de limpieza, las bases débiles están en todas partes. Las aminas, un nitrógeno neutro con tres enlaces con otros átomos (normalmente un carbono o un hidrógeno), son grupos funcionales comunes en las bases orgánicas débiles.
Las aminas actúan como bases porque el par solitario de electrones del nitrógeno puede aceptar un . El amoniaco, , es un ejemplo de una base aminada. La piridina, , es otro ejemplo de una base que contiene nitrógeno.
Resumen
- Para un ácido débil monoprótico genérico
con su base conjugada , la constante de equilibrio tiene la forma:
- La constante de disociación ácida
cuantifica el grado de disociación de un ácido débil. Cuanto mayor es el valor de más fuerte es el ácido y viceversa. - Para una base débil genérica
con su ácido conjugado , la constante de equilibrio tiene la forma:
- La constante de disociación básica (o constante de ionización básica)
cuantifica el grado de ionización de una base débil. Cuanto mayor es el valor de , más fuerte es la base y viceversa.
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- Tengo una duda en el primer problema, donde pregunta cuál ácido es más fuerte, si el HF o el HBr, y en respuesta te dice que es el HBr, pero eso es incorrecto, pues el F es el elemento más electronegativo y por tanto se puede disociar más fácil que el Br.(3 votos)
- Ya no quiero mas tarea 😞(3 votos)
- En el ejercicio de ácido nitroso el resultado de la fórmula cuadrática me da 0.0124 y no 0.0126 ¿ por qué?(1 voto)