Vista previa del material en texto
Chemistry 140 Fall 2002 1 Ácidos y Bases Tema 9: Ácidos y Bases Francisco García Calvo-Flores F. G. Calvo-Flores Diapositiva 1 de 38 Tema 9: Ácidos y bases Contenidos 9-1 Teoría de Arrhenius 9-2 Teoría de Brønsted-Lowry 9 3 Constante de ionización: Auto ionización del9-3 Constante de ionización: Auto-ionización del agua y escala pH 9-4 Ácidos y bases fuertes 9-5 Ácidos y bases débiles: Grado de inonización 9-6 Ácidos polipróticos 9-7 Ioness como Ácidos and Bases 9-8 Estructura Molecular y comportamiento ácido- base 17-8 Lewis Acids and Bases Focus On Acid Rain. F. G. Calvo-Flores Diapositiva 2 de 38Tema 9: Ácidos y bases Chemistry 140 Fall 2002 2 Teoría de Arrhenius • Ácido: cualquier sustancia que produzca iones hidrógeno en disolución acuosahidrógeno en disolución acuosa • Base: cualquier sustancia que produzca iones hidroxilo en disolución acuosa: HCl(g) → H+(aq) + Cl-(aq) NaOH(s) → Na+(aq) + OH-(aq)H2O F. G. Calvo-Flores Diapositiva 3 de 38Tema 9: Ácidos y bases Teoría de Brønsted-Lowry • Ácido donante de protones • Base aceptor de protones. NH3 + H2O NH4 + + OH- base acido NH4 + + OH- NH3 + H2O baseacido F. G. Calvo-Flores Diapositiva 4 de 38Tema 9: Ácidos y bases Chemistry 140 Fall 2002 3 Constante de ionización (base) NH3 + H2O ↔ NH4 + + OH- base acido 3 2 4 Kc= [NH3][H2O] [NH4 +][OH-] Kb= Kc[H2O] = [NH3] [NH4 +][OH-] = 1.8·10-5 [NH3] F. G. Calvo-Flores Diapositiva 5 de 38Tema 9: Ácidos y bases Constante de ionización (ácido) CH3CO2H + H2O → CH3CO2 - + H3O+CH3CO2H H2O CH3CO2 H3O Kc= [CH3CO2H][H2O] [CH3CO2 -][H3O+] Ka= Kc[H2O] = = 1.8·10-5 [CH CO H] [CH3CO2 -][H3O+] a c[ 2 ] [CH3CO2H] F. G. Calvo-Flores Diapositiva 6 de 38Tema 9: Ácidos y bases Chemistry 140 Fall 2002 4 Fuerza relativa de ácidos y bases HClO4 + H2O ↔ ClO4 - + H3O+ NH4 + + CO3 2- ↔ NH3 + HCO3 -HCl + OH- ↔ Cl- + H2O H2O + I- ↔ OH- + HIH2O + I- ↔ OH- + HI F. G. Calvo-Flores Diapositiva 7 de 38Tema 9: Ácidos y bases Auto-ionización del agua F. G. Calvo-Flores Diapositiva 8 de 38Tema 9: Ácidos y bases Chemistry 140 Fall 2002 5 Producto iónico del agua H2O(l) + H2O(l) H3O+(aq) + OH-(aq) Kc= [H2O][H2O] [H3O+][OH-] KW= Kc[H2O][H2O] = = 1.0·10-14[H3O+][OH-] F. G. Calvo-Flores Diapositiva 9 de 38Tema 9: Ácidos y bases pH y pOH Kw = [H3O+] [OH-] = 10-14 H2O(l) + H2O(l) H3O+(aq) + OH-(aq) [H3O+] = [OH-] = (10-14)1/2 =10-7 M •Disolucion ácida: [H3O+] > [OH-] •Disolucion neutra: [H3O+] = [OH-] [H3O+]=Kw / [OH-] OH l [OH ] pH = -log[H3O+] •Disolucion básica: [H3O+] < [OH-] pKW = pH + pOH = 14 pOH = -log[OH-] F. G. Calvo-Flores Diapositiva 10 de 38Tema 9: Ácidos y bases Chemistry 140 Fall 2002 6 pH y pOH F. G. Calvo-Flores Tema 9: Ácidos y bases Diapositiva 11 de 38 pH de algunas sustancias comunes F. G. Calvo-Flores Diapositiva 12 de 38Tema 9: Ácidos y bases Chemistry 140 Fall 2002 7 Ácidos y bases fuertes HCl CH3CO2H Thymol Blue Indicator pH < 1.2 < pH < 2.8 < pH F. G. Calvo-Flores Diapositiva 13 de 38Tema 9: Ácidos y bases Ácidos y bases débiles Ácido acético HC2H3O2 or CH3CO2H F. G. Calvo-Flores Diapositiva 14 de 38Tema 9: Ácidos y bases Chemistry 140 Fall 2002 8 Ácidos débiles Ka= = 1.8·10-5 [CH3CO2H] [CH3CO2 -][H3O+] 3 2 pKa= -log(1.8·10-5) = 4.74 Ácido láctico CH3CH(OH) CO2H C O R Glicina H2NCH2CO2H C OH R F. G. Calvo-Flores Diapositiva 15 de 38Tema 9: Ácidos y bases Constantes de ionización de ácidos y bases débiles F. G. Calvo-Flores Diapositiva 16 de 38Tema 9: Ácidos y bases Chemistry 140 Fall 2002 9 Grado de inonización HA + H2O H3O+ + A- Grado de ionizacón (α) = [H3O+] a partir de HA [HA] de partida Porcentaje de ionización = [H3O+] from HA [HA] originally · 100% F. G. Calvo-Flores Diapositiva 17 de 38Tema 9: Ácidos y bases Grado de ionización [H O+][A ] Ka = [H3O+][A-] [HA] Ka = nH3O+ A- n HA n 1 V F. G. Calvo-Flores Diapositiva 18 de 38Tema 9: Ácidos y bases Chemistry 140 Fall 2002 10 Ácidos polipróticos Ácido fosfórico: H3PO4 + H2O ↔ H3O+ + H2PO4 - H PO + H O H O+ + HPO 2 Ka1 = 7.1·10-3 K 6 3 10 8H2PO4 - + H2O ↔ H3O+ + HPO4 2- HPO4 2- + H2O ↔ H3O+ + PO4 3- Ka2 = 6.3·10-8 Ka3 = 4.2·10-13 F. G. Calvo-Flores Diapositiva 19 de 38Tema 9: Ácidos y bases Ácido fosfórico • Ka1 >> Ka2 • Todos los H3O+ se forman en la primera ionización. • H2PO4 - prácticamente no se ioniza. • Se asume que [H2PO4 -] = [H3O+]. • [HPO4 2-] ≈K 2[HPO4 ] Ka2 F. G. Calvo-Flores Diapositiva 20 de 38Tema 9: Ácidos y bases Chemistry 140 Fall 2002 11 Constantes de ionización de ácidos polipróticos F. G. Calvo-Flores Diapositiva 21 de 38Tema 9: Ácidos y bases Ácido sulfúrico Ácido sulfúrico: H2SO4 + H2O ↔ H3O+ + HSO4 - Ka = very large HSO4 - + H2O ↔ H3O+ + SO4 2- pKa = 1.96 F. G. Calvo-Flores Diapositiva 22 de 38Tema 9: Ácidos y bases Chemistry 140 Fall 2002 12 Hidrólisis: iones como ácidos y bases CH3CO2 - + H2O↔ CH3CO2H + OH- base acido NH4 + + H2O ↔ NH3 + H3O+ baseacido [NH3] [H3O+] [OH-] Ka= [NH4 +] [OH-] [NH3] [H3O+] Ka= [NH4 +] = ? = KW Kb = 1.0·10-14 1 8·10-5 = 5.6·10-10 [NH4 ] [OH ] Kb 1.8 10 Ka Kb = Kw F. G. Calvo-Flores Diapositiva 23 de 38Tema 9: Ácidos y bases Hidrolisis • Rotura por acción del agua. Na+ + H2O → Na+ + H2O NH + + H O NH + H O+ Cl- + H2O → Cl- + H2O No reaction No reaction H d l iNH4 + + H2O → NH3 + H3O+ Hydrolysis F. G. Calvo-Flores Diapositiva 24 de 38Tema 9: Ácidos y bases Chemistry 140 Fall 2002 13 Estructura molecular y acidez • ¿Por qué HCl es un ácido fuerte, y HF es débil? • ¿Por qué CH3CO2H es un ácido más fuerte CH3CH2OH? • Hay una relación entre estructura molecular y acidez • La energía de disociación de enlace se miden en fase• La energía de disociación de enlace se miden en fase gaseosa y no en disolución F. G. Calvo-Flores Diapositiva 25 de 38Tema 9: Ácidos y bases Fuerza de ácidos binarios HI HBr HCl HF 160 9 > 141 4 > 127 4 > 91 7Longitud de enlace 160.9 > 141.4 > 127.4 > 91.7 pm 297 < 368 < 431 < 569 kJ/mol Longitud de enlace Energía de enlace 109 > 108 > 1.3·106 >> 6.6·10-4acidez HF + H2O → [F-·····H3O+]→ F- + H3O+ Par iónico Iones libres ← F. G. Calvo-Flores Diapositiva 26 de 38Tema 9: Ácidos y bases Chemistry 140 Fall 2002 14 Fuerza en oxoácidos • Factores que favorecen el el efecto electrón atrayente sobre el enlace O-H del átomo de íoxígeno – Alta electronegatividad (EN) del átomo central. – Un número elevado de átomos de O terminales en la moléculas H-O-Cl H-O-Br ENCl = 3.0 ENBr= 2.8 Ka = 2.9·10-8 Ka = 2.1·10-9 F. G. Calvo-Flores Diapositiva 27 de 38Tema 9: Ácidos y bases Fuerza de oxoácidos S OO O H H ···· ·· ·· S OO O H H ···· ·· ·· O -···· ·· O -···· ·· S OO O H H···· ·· ·· S OOH H···· ·· Ka ≈103 Ka =1.3·10-2 S OO O H H ·· ·· ·· ·· 2+ ·· ·· ··- S OOH H ·· ·· ·· ·· + ·· F. G. Calvo-Flores Diapositiva 28 de 38Tema 9: Ácidos y bases Chemistry 140 Fall 2002 15 Fuerza de ácidos orgánicos O·· ··H H H C OCH H ·· ·· H OCH H ·· ·· H C H K = 1 8·10-5 K =1 3·10-16 acetic acid ethanol Ka 1.8 10 Ka 1.3 10 F. G. Calvo-Flores Diapositiva 29 de 38Tema 9: Ácidos y bases Aniones derivados de ácidos ·· H C H - OCH ·· H C H OH O - H ·· C O CH - H C O CH H F. G. Calvo-Flores Diapositiva 30 de 38Tema 9: Ácidos y bases Chemistry 140 Fall 2002 16 Efectos estructurales CC O H H K = 1 8·10-5 H C O CH - H H OH H H H H Ka 1.8 10 Ka = 1.3·10-5 C H CH H C O - C H C H C H C H C H F. G. Calvo-Flores Diapositiva 31 de 38Tema 9: Ácidos y bases Structural Effects CC O H H K = 1 8·10-5 C O CH - H Ka 1.8 10 Ka = 1.4·10-3 CC O H Cl O - H F. G. Calvo-Flores Diapositiva 32 de 38Tema 9: Ácidos y bases Chemistry 140 Fall 2002 17 Aminas como bases H H NH H ·· NBr H ·· pK = 4 74 pK = 7 61 amoniaco bromoamina pKb = 4.74 pKb = 7.61 F. G. Calvo-Flores Diapositiva 33 de 38Tema 9: Ácidos y bases Aminas como basesH HH HH H CH H H C H H CH H H C H H CH H H C H H methylamine ethylamine propylamine NH2 NH2 NH2 pKb = 4.74 pKb = 3.38 pKb = 3.37 methylamine ethylamine propylamine F. G. Calvo-Flores Diapositiva 34 de 38Tema 9: Ácidos y bases Chemistry 140 Fall 2002 18 Efectos de resonancia F. G. Calvo-Flores Diapositiva 35 de 38Tema 9: Ácidos y bases Efecto inductivo F. G. Calvo-Flores Diapositiva 36 de 38Tema 9: Ácidos y bases Chemistry 140 Fall 2002 19 Ácidos y bases de Lewis Ácido de Lewis – especies (Átomos, iones or moléculas) acceptores de lelectrones. Bases de Lewis – Especies donantes de pares de electrones. base ácido adducto F. G. Calvo-Flores Diapositiva 37 de 38Tema 9: Ácidos y bases Movimiento de electrones F. G. Calvo-Flores Diapositiva 38 de 38Tema 9: Ácidos y bases
