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Curso: Química avanzada (AP Chemistry) > Unidad 12
Lección 1: Ácidos, bases y pH- Ácidos y bases de Arrhenius
- Ácidos y bases de Arrhenius
- El pH, pOH y la escala de pH
- Ácidos y bases de Brønsted-Lowry
- Ácidos y bases de Brønsted–Lowry
- Autoionización del agua
- La autoionización del agua y la Kw
- Definición de pH
- Fuerza de los ácidos, tamaño de los aniones y energía de enlace
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El pH, pOH y la escala de pH
Definiciones de pH, pOH y la escala de pH. Cálculo del pH de una solución de un ácido o base fuerte. La relación entre la fuerza de un ácido y el pH de una solución.
Puntos más importantes
- Podemos hacer la conversión entre
y mediante las siguientes ecuaciones:
- Podemos hacer la conversión entre
y mediante las siguientes ecuaciones:
- Para cualquier solución acuosa a
:
.
- Para cada aumento por un factor de
en la concentración de , el disminuirá por unidad y viceversa. - Tanto la fuerza del ácido como su concentración determinan
y el .
Introducción
En solución acuosa, un ácido se define como cualquier especie que aumenta la concentración de , mientras que una base aumenta la concentración de . Las concentraciones típicas de estos iones en solución pueden ser muy pequeñas y también abarcan un intervalo amplio.
Por ejemplo, una muestra de agua pura a contiene de y . En comparación, la concentración de en el ácido del estómago puede ser de hasta ~ . ¡Es decir que para el ácido del estómago es aproximadamente órdenes de magnitud mayor que en el agua pura!
Con el fin de evitar tratar con números tan grandes, los científicos convierten estas concentraciones a valores de o . Echemos un vistazo a las definiciones de y .
Definiciones de y
Relación entre y
El para una solución acuosa se calcula a partir de utilizando la siguiente ecuación:
La minúscula representa . A menudo se deja fuera la parte de la base para abreviar.
Por ejemplo, si tenemos una solución con , entonces podemos calcular mediante la Ec 1a:
Dado el de una solución, también podemos obtener :
Relación entre y
De la misma manera, el para una solución acuosa se define a partir de :
Por ejemplo, si tenemos una solución con , entonces podemos calcular mediante la Ec. 2a:
Dado el de una solución, también podemos obtener :
Relación entre y
De acuerdo con las concentraciones de equilibrio de y de en agua, la siguiente relación es verdadera para cualquier solución acuosa a :
Esta relación puede utilizarse para convertir entre y . En combinación con las Ec. 1a/b y Ec. 2a/b, siempre podemos relacionar y/o con y . Para una derivación de esta ecuación, consulte el artículo sobre la autoionización del agua.
Ejemplo 1: calcular el de la solución de una base fuerte
Si usamos de para hacer de una solución acuosa a ¿cuál es el de esta solución?
Podemos calcular el de nuestra solución de mediante la relación que existe entre , y . Veamos el cálculo paso a paso.
Paso 1: calcular la concentración molar del
La concentración molar es igual a moles de soluto por litro de solución:
Para calcular la concentración molar de , podemos usar los valores conocidos para los moles de y el volumen de la solución:
La concentración de en solución es .
Paso 2: calcular can base en la disociación del
Dado que es una base fuerte, se disocia completamente en sus iones constituyentes en solución acuosa:
Esta ecuación balanceada nos dice que cada mol de produce un mol de en solución acuosa. Por lo tanto, tenemos la siguiente relación entre y :
Paso 3: calcular a partir de mediante la Ec. 2a
Ya que conocemos la concentración de , podemos entonces calcular el a partir de la Ec.2a:
El de nuestra solución es .
Paso 4: calcular a partir de con la Ec. 3.
Podemos calcular a partir de mediante la Ec. 3. Despejamos para solucionar nuestra incógnita, :
Sustituimos el valor de que encontramos en el Paso 3 para calcular el :
Por lo tanto, el de nuestra solución de es .
La escala de : soluciones ácidas, básicas y neutras
La conversión de en es una manera conveniente de medir la relativa acidez o basicidad de una solución. La escala de nos permite fácilmente clasificar distintas sustancias por su valor de .
La escala de es una escala logarítmica negativa. La parte logarítmica significa que el cambia 1 unidad por cada factor de en el cambio de la concentración de . El signo negativo delante del log nos dice que hay una relación inversa entre el y : cuando aumenta el , disminuye, y viceversa.
La siguiente imagen muestra una escala con valores de para algunas sustancias comunes del hogar. Estos valores de son para soluciones a . Ten en cuenta que es posible tener valores de negativos.
Algunos conceptos importantes que recordar para soluciones acuosas a :
- Para una solución neutra,
. - Las soluciones ácidas tienen
. - Las soluciones básicas tienen
.
Mientras más bajo sea el valor del , más ácida será la solución y mayor será la concentración de . Cuanto mayor sea el valor de , más básica es la solución y menor será la concentración de . También podríamos describir la acidez o basicidad de una solución en términos del , pero es más común el uso de . Por suerte, podemos convertir fácilmente entre valores y .
Verificación de conceptos: según la escala de que se mencionó anteriormente, ¿qué solución es más ácida, el jugo de naranja o el vinagre?
Ejemplo: determinar el de una solución diluida de un ácido fuerte
Tenemos de una solución de ácido nítrico con un de .Diluimos la solución agregando agua hasta obtener un volumen total de .
¿Cuál es el de la solución diluida?
Hay varias formas de resolver este problema. Estudiaremos dos métodos diferentes.
Método 1. Usar las propiedades de la escala logarítmica
Hay que recordar que la escala es una escala logarítmica negativa. Por lo tanto, si la concentración de disminuye por un factor de , entonces el aumenta unidad.
Como el volumen original, , es una décima parte del volumen total después de dilución, la concentración de en solución se ha reducido por un factor de . Por lo tanto, el de la solución aumentará unidad:
Por lo tanto, el de la solución diluida es de .
Método 2. Usar el número de moles de para calcular el
Paso 1: calcular el número de moles de
Podemos utilizar el y el volumen de la solución original para calcular los moles de en la solución.
Paso 2: calcular la molaridad de después de la dilución
La molaridad de la solución diluida se puede calcular mediante el uso del número de moles de de la solución original y el volumen total después de la dilución.
Paso 3: calcular el a partir de
Por último, podemos utilizar la Ec. 1a para calcular el :
El Método 2 nos da la misma respuesta que el Método 1. ¡Hurra!
En general, el Método 2 implica pasos adicionales, pero siempre sirve para encontrar cambios en el . El Método 1 es un atajo útil cuando los cambios en la concentración se producen en múltiplos de . El Método 1 también puede usarse como una forma rápida de estimar cambios en el .
Relación entre el y la fuerza de un ácido
De acuerdo con la ecuación del , sabemos que este se relaciona con . Sin embargo, es importante recordar que el no siempre está directamente relacionado con la fuerza de un ácido.
La fuerza de un ácido depende de la cantidad de ácido que se disocia en solución: entre más fuerte el ácido, más alto es el a una concentración determinada de ácido. Por ejemplo, una solución de , un ácido fuerte, tendrá una concentración mayor de que una solución de , un ácido débil. Así, para dos soluciones de ácidos monopróticos a la misma concentración, el será proporcional a la fuerza del ácido.
Sin embargo, de manera más general, la fuerza y la concentración de un ácido determinan los valores de . Por lo tanto, no podemos siempre asumir que el de una solución de ácido fuerte será inferior al de una solución de ácido débil. ¡La concentración del ácido es importante también!
Resumen
- Podemos hacer la conversión entre
y mediante las siguientes ecuaciones:
- Podemos hacer la conversión entre
y mediante las siguientes ecuaciones:
- Para cada aumento por un factor de
en la concentración de , el disminuirá por unidad y viceversa. - Para cualquier solución acuosa a
:
.
- Tanto la fuerza del ácido como su concentración determinan
y el .
Problema : cálculo del de la solución de una base fuerte a
Preparamos de una solución de con una concentración de . Luego se diluye la solución a al agregar agua.
¿Cuál es el de la solución diluida?
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- no entiendo la pista numero 2 del ejercicio final. no entiendo por qué se coloca el factor de 5(2 votos)
- Es para obtener la molaridad=n/v (básicamente cuánto soluto tienes en un litro de solvente), lo que quiere decir que si tenias 0.050 M en 200 ml al agregar agua tendrías 0.010 M debido a que es la misma cantidad de soluto en un litro de solución. O sea, 5/1 (200*5/1000*1)de solvente o 0.050/5=0.1.(4 votos)
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