Conceptos de ácido- base Arrhenius Acido: es una sustancia que

Conceptos de ácido- base
Arrhenius
Acido: es una sustancia que en solución acuosa incrementa la concentración del ion
hidrónio (H3O+)
Base: es una sustancia que incrementa la concentración de iones oxidrilo (OH-)
Gilbert N. Lewis
Acido es una sustancia que puede aceptar un par de electrones para formar un enlace.
Base se define como una sustancia que puede donar un par de electrones, para la
formación de un enlace covalente.
Brönsted-Lowry
En 1923, los científicos J. Brönsted y M. Lowry sugieren un nuevo concepto sobre el
comportamiento de los ácidos y bases, coincidiendo en la propuesta de que un ácido es
cualquier sustancia capaz de donar un protón (H+) a cualquier otra sustancia. Una base es
aquella sustancia capaz de aceptar un protón (H+) de cualquier otra sustancia. De manera
que el ácido y la base pueden ser tanto sustancias constituidas por moléculas, como por
cationes o aniones.
Ácidos y Bases (fuertes y débiles)
Un ácido o base fuerte, también llamados electrolitos fuertes son aquellos que en
disolución presentan un alto grado de disociación, por lo tanto su Kc>1, de lo contrario
cunado es poca la disociación hablaremos de un ácido o base débil (o electrolito débil) y
su Kc será <1.
Constante de Ionización del agua
Entre las propiedades del agua, su poder anfotérico es importante es muy importante. Es
una sustancia capaz de comportarse como un ácido o como una base, según BrönstedLowry. Cuando se encuentra reaccionando con ácidos funciona como base en virtud que
acepta un protón ácido, por lo que forma el ión hidronio (H3O+) y cuando está con una
base su comportamiento es el de un ácido pues dona un protón. El agua es un electrolito
débil, por lo tanto presenta una baja ionización.
H2O
+
Acido
H2O
H3O+
base
+
-OH
ácido
base
Conjugado
Conjugado
Así tenemos que la constante de equilibrio de ionización del agua es
[𝐻𝐻3 𝑂𝑂+ ][𝑂𝑂𝑂𝑂 − ]
𝐾𝐾𝐾𝐾 =
[𝐻𝐻2 𝑂𝑂]
Considerando la manera simplificada de la reacción:
H2O(l)
H+ (ac)
+
-OH(ac)
Y sabiendo que la concentración del agua (55mol/L) prácticamente permanece constante
gracias a su bajo grado de ionización, ya que el valor de Kc es de 1.8 x10-16, tenemos que:
𝐾𝐾𝐾𝐾[𝐻𝐻2 𝑂𝑂] = 𝐾𝐾𝑤𝑤 = [𝐻𝐻 + ][𝑂𝑂𝑂𝑂− ] = 1.0𝑥𝑥10−14
Donde Kw es la constante de producto iónico
La constante de producto iónico se define como el producto de la concentración molar de
los iones H+ y –OH a una temperatura dada.
Si se tiene agua pura a 25°C las concentraciones de los iones H+ y –OH siempre serán las
mismas, entonces
[H+]= 1.0 x10-7 mol/L y [OH-] = 1.0x10-7 mol /L. Ya que Kw=1.0 x10-14
Por lo tanto:
Kw= [H+][OH-]= 1.0 x10-14
Independientemente si se trata de una solución acuosa o agua pura, la constante de
ionización a 25°C tendrá valor de 1.0x10-14
La importancia de conocer el valor de la constante de producto iónico o ionización del
agua (Kw), radica en el hecho de que si variamos la concentración de alguno de los iones la
concentración del otro cambia, dando lugar a una disolución ácida o básica, según sea el
caso:
[H+] = [OH-] la disolución es neutra
[H+] > [OH-] La disolución es ácida
[H+] < [OH-] La disolución es básica
Conociendo la concentración de uno de los dos iones y el valor de la constante de
ionización, podremos determinar la concentración del otro.
Ejemplo:
Calcula la concentración de iones H+ en una disolución que se encuentra a 25°C y cuya
concentración de iones oxidrilo o hidroxilo (OH-) es de 1.0x 10-5 mol/L e indica si la
disolución es ácida, básica o neutra.
Kw= [H+][OH-]= 1.0 x10-14
Entonces despejamos la fórmula:
[𝐻𝐻 + ] =
𝐾𝐾𝑤𝑤
𝑂𝑂𝑂𝑂 −
[𝐻𝐻 + ] =
1.0 𝑥𝑥10−14
= 1.0𝑥𝑥10−9 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚/𝐿𝐿
1.0 𝑥𝑥10−5
Por lo que 1.0 x10-5 es mayor, al resultado que fue de 1.0x10-9 entonces [H+]<[OH-] la
solución es básica.
Calcule el siguiente ejemplo:
Calcular [OH-] en un disolución que se encuentra a 25°C y cuyo valor de [H+] es de 10.0
mol/L e indica si la solución es ácida, básica o neutra.
Concepto de pH
Cuando hablamos de pH nuestra mente o relaciona con el grado de acidez o basicidad de
una disolución, el pH es una manera más fácil de indicar la concentración de iones [H+] de
una disolución y va de 0 hasta 14, forma sencilla de expresar la concentración de 1 x100 a
1 x 10-14 mol/L, con base en esta descripción tenemos también que mencionar el pOH, que
indica entonces la concentración de iones hidroxilo (OH-) en dichas soluciones.
La mejor manera de relacionar la concentración con el valor de pH es utilizando los
logaritmos de base 10 (recordemos que un logaritmo es el exponente al que hay que
elevar la base, en este caso base 10, para obtener el número en cuestión). Como la
concentración de iones H+ es muy pequeña, la escala de pH es la manera más práctica de
representar la acidez o basicidad de las soluciones.
Por ejemplo si se tiene una disolución cuya concentración es 0.000001 mol/L, será
práctico enunciarla como 1x10-6 mol/L, pero más practico todavía es si ahora aplicamos el
concepto de logaritmo, tenemos que el exponente al que hay que elevar la base diez para
obtener el número 0.000001 es -6, entonces el logaritmo será éste número sin embargo
falta un detalle para que no se manejen número negativos, a este exponente le
cambiamos el signo multiplicándolo por -1, es decir el número a manejar es 6.
Así el pH se define como
pH=-log [H+]
A medida que la concentración de iones H+, disminuyen el pH aumenta y la concentración
de iones OH- aumenta, pero si la concentración de iones H+ aumenta el efecto será el
contrario. Cada unidad de pH aumenta o disminuye indica que la concentración de iones
H+ disminuye o aumenta en un factor de diez la concentración de iones H+.
Ejemplo: una disolución con pH 3 respecto a una de pH 4, la disolución de pH3 esta diez
veces más concentrada que la disolución con pH 4, pequeños cambios de pH implican
grandes cambios en la concentración de iones H+. Hablando de [OH-], se tiene una
disolución con pH 10 y otra de pH 11, la disolución de pH11 tiene diez veces más la
cantidad de iones OH- que la de pH 10.
Una disolución neutra de pH 7 tendrá la misma concentración de iones H+ y OH-.
pH
[H+]
0
1
10-1
Aumenta
2
3
10-2
10-3
Acidez
4
5
10-4
10-5
6
10-6
7
10-7
Neutro
8
9
10-8
10-9
10
11
12
13
14
10-10
10-11
10-12
10-13
10-14
Basicidad
Aumenta