soluciones amortiguadoras

UNIDAD DIDÁCTICA 4: CINÉTICA , EQUILIBRIO QUÍMICO E IÓNICO Y CONCEPTOS BÁSICOS DE QUÍMICA ORGÁNICA

Clase 15:

SOLUCIONES

AMORTIGUADORAS

Unidad de Formación Básica Integral Elementos de Química

• Concepto

• Formación de amortiguadores.

• Efecto del ion común.

• Ecuación de Henderson-Hasselbach

• Caálculo del pH de soluciones

amortiguadoras.

•

Química Orgánica:

Funciones orgánicas:

ácidos carboxílicos y sus derivados,

nomenclatura IUPAC

•

Explica qué es una solución amortiguadora

•

Reconoce una solución amortiguadora.

•

Calcula el pH de una solución amortiguadora.

•

Explica cómo se amortigua el pH frente a la adición

de un ácido fuerte y /o una base fuerte.

•

Maneja los cálculos frente a la adición de un ácido

fuerte y/o una base fuerte.

•

Reconoce los ácidos carboxílicos y sus derivados.

•

Nombra los ácidos carboxílicos según la

nomenclatura IUPAC

Solución amortiguadora

• Es una solución capaz de

mantener su

pH

en valores aproximadamente

• Las soluciones amortiguadoras (reguladoras de pH) son muy importantes en las reacciones químicas que se llevan a cabo en el laboratorio, en los procesos industriales y en el cuerpo humano.

• Por ejemplo, la actividad catalítica de las enzimas en las células, la capacidad portadora del oxígeno por la sangre y, en general, las funciones de los fluidos de los organismos vivos dependen del pH, el cual es regulado por soluciones amortiguadoras.

Un ejemplo de una solución reguladora

es la sangre que tiene un pH de 7.35.

La adición de pequeñas cantidades de

ácido o base a la sangre, hará que ésta

CONSTITUYENTES DE UNA SOLUCIÓN

AMORTIGUADORA

Una solución amortiguadora es una solución que contiene:

• un ácido débil y la sal del electrolito débil.

• una base débil y la sal del electrolito débil.

HF (ac) _{H+ (ac) + F}- _(ac)

NaF (s) Na

+

(ac) _{+ F}- (ac)

Sal de Electrolito débil Ácido débil Sal de Electrolito débil

NH₃ (ac)+H₂O NH₄+_{(ac) + OH}-

(ac)

NH₄+_{(ac) +Cl}-_(ac)

Base débil

*Pon atención al equilibrio del ácido y de la base débil

SOLUCIONES AMORTIGUADORAS BÁSICAS

• Tienen valores de pH mayores a 7.

• Se preparan a partir de mezclas de:



Bases débiles: que se disocian o ionizan

parcialmente y que producen una pequeña

cantidad de iones hidroxilo (OH

) en agua



Sales que tienen un ion común con la base.

En este caso el ion común es el NH4+

SOLUCIONES AMORTIGUADORAS ÁCIDAS

• Tienen valores de pH menores a 7. • Se preparan a partir de mezclas de:

 ácidos débiles: que se disocian o ionizan

parcialmente y producen una cantidad pequeña de iones hidrógeno (H + ₎

 sales : que tienen un ion común con el ácido.

CH₃COOH _{( ac )} + H₂O _{( ac )} H₃O+

(ac) + CH3COO- ( ac

SOLUCIÓN AMORTIGUADORA

HF (ac) H+ (ac) + F- (ac)

NaF (s) Na+ (ac) + F

-(ac) Aporta abundante base débil Aporta abundante ácido débil Solución Amortiguadora

(Sal + Ácido débil)

Ion común

EFECTO DEL ION COMUN

Si un electrolito débil y un electrolito fuerte contienen un ion

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EFECTO DEL ION COMÚN

Observa el valor del pH cuando la solución sólo contiene un ácido débil

OOObserva el valor del pH cuando la solución contiene una sal .

EFECTO DEL ION COMUN

¿Qué pasa cuando se disuelve acetato de sodio en una solución que contiene ácido acético ?

• La sal es un electrolito fuerte:

CH₃ COONa  CH₃ COO ‾ + Na ⁺

• El ácido es un electrolito débil:

CH₃ COOH CH₃COO ‾ + H ⁺

Ambos (sal y ácido) producen iones acetato (CH₃ –COO ‾ ); es decir, un ion común.

Entonces se produce el EFECTO DEL ION COMÚN : • Disminuye la disociación del ácido (CH₃COOH).

 El equilibrio se desplaza hacia la izquierda.

a) Calcular el pH de una solucion de acido acetico 0.2M.

b) Calcular el pH de un litro solucion de acido acetico despues de adicionar 0.3 moles de acetato de sodio

Dato : Ka = 1.8 x 10 -5_.

Desarrollo

a) Solución ácida sin ion común

CH3 –COOH CH3 –COO ‾ + H⁺

Equilibrio 0.2 – X X X

Ka = X. X = 1.8 x 10 -5 _{X = [H} ⁺_{] = 0.00189 pH = 2.72}

_{0.2 – X}

b) _{Solución ácida con ion común}

_{CH3 –COONa CH3 –COO} ‾ _{+ Na}⁺

_{0.3 0.3 0.3}

CH3 –COOH ======= CH3 –COO ‾ + H⁺

Equilibrio 0.2 – X 0.3 + X X

Ka = [ 0.3 + X ] . X = 1.8 x 10 -5 _{X = [H} ⁺_{] = 1.2 x 10} -5 _{pH = 4.92}

[0.2 – X ]

Comparación del pH de una solución ácida con

otra que tiene ión común.

Karl Albert Hasselbalch

(1874-1962)

Lawrence Joseph Henderson

(1878-1942)

¿CÓMO SE OBTIENE LA ECUACION DE

HENDERSON – HASSELBALCH?

Considere el siguiente equilibrio: HA(ac) H ⁺(ac) + A‾ (ac)

HA representa un ácido débil.

A- representa el ion común (proporcionado por la sal) con el ácido débil.

La constante de ionización para el equilibrio es: Ka = [H ⁺] .[A‾ ] (1)

[HA]

Despejando [H ⁺]se tiene: [H ⁺] = Ka.[HA] (2) [A‾ ]

Tomando logaritmo y multiplicando por (- 1) la ecuación (2)

- log [ H ⁺] = - log Ka + ( - log [HA] ) [A‾ ]

Resulta la siguiente expresión: pH = pKa + log [A‾ ]

8

pH

=

p

K

+

log

[base conjugada]

[ácido]

¿PARA QUÉ SE USA LA ECUACION DE

HENDERSON – HASSELBALCH?

pK_a= -log K_a , K_a= constante de disociación del ácido

[base conjugada]= concentración molar de la base,mol/L [ácido]= concentración molar del ácido,mol/L

¿Cuál es el pH de una disolución amortiguadora que es

0.18 M en ácido láctico, CH₃CH(OH)COOH y 0.16 M en

lactato de sodio?

Dato: K_a para el ácido láctico es 1.4  10−4

EJERCICIO 1 : DETERMINACIÓN DEL pH DE UN AMORTIGUADOR ÁCIDO

SOLUCIÓN: Se usará la ecuación de Henderson Hasselbach

Datos:

pK_a= -log k_a= -log (1.4x10-4₎

[base]= [sal]= 0.16 mol/L [ácido]=0.18 mol/L

CH₃CH(OH)COOH(ac)+ H₂O CH₃CH(OH)COO-_{(ac) + H}

3O+ (ac)

Ácido láctico Ion lactato

El ion lactato proviene de la sal Par conjugado

pH = 3.80

pH = 3.85 + (−0.05)

pH = pK

+ log

[base]

[ácido]

pH = −log (1.4



10

) + log

(0.16 M)

(0.18M )

SOLUCIÓN:

CH₃CH(OH)COOH(ac)+ H₂O CH₃CH(OH)COO-_{(ac) + H}

3O+ (ac)

EJERCICIO 1 : DETERMINACIÓN DEL pH DE UN AMORTIGUADOR ÁCIDO

EJERCICIO 2: DETERMINACIÓN DEL pH DE UN AMORTIGUADOR BÁSICO

SOLUCIÓN:

Datos: [Base] = [NH₃] = 0.2M

[Sal] =[ácido] = [NH₄Cl]= 0.3M K_b= 1.8x10-5

Aplicando la ecuación de Henderson al amortiguador: base ácido

En este caso el amortiguador es básico y la base está en los reactantes.

Como no se tiene el valor de Ka,se calcula así.

=

EJERCICIO 2: DETERMINACIÓN DEL pH DE UN AMORTIGUADOR BÁSICO

SOLUCIÓN:

base ácido Recuerda: pKa= -log Ka

Reemplazando los vos valores en la ecuación de Hendersson tenemos:

En este caso la

concentración del ácido es la concentración de la sal

Este es el pH de un amortiguador

EFECTO AMORTIGUADOR

Se agrega la misma cantidad de NaOH

Compara los dos pH

Amortiguador  4.8 Agua 12.3

Solución:

EJERCICIO 2: Determinación del pH del amortiguador despues de agregarle un ácido fuerte.

Recuerda que siempre un ácido reacciona con una base.

Recuerda: Nunca un ácido reacciona con otro ácido o una base con otra base.

base _Ácido

conjugado

Al agregar HCl se produce una reacción entre el HCl y la base del amortiguador o sea NH_3.

NH₃ + H+  NH₄+ • Si te fijas el equilibrio se desplaza de izquierda a derecha en la ecuación 1

Solución:

1. Calculo de la Molaridad del HCl:

[HCl] = 20ml x 0.1M / 510 ml = 3.92 x 10 -3mol/L

2. Cálculo del pH despues de la adición del HCl

El ácido fuerte agregado reacciona con la base del amortiguador. pH = pK_a + log [ base ] (1)

[ ácido]

pH = 9.26 + log [ 0.20 - 3.92 x 10 -3] = 9.06

[ 0.30 + 3.92 x 10 -3]

pH = 9.06

EJERCICIO 2: Determinación del pH del amortiguador despues de agregarle un ácido fuerte.

La base reacciona con el HCl por eso se resta y disminuye su concentración

1. Se tiene una solución amortiguadora compuesta por HCOOH 0.20 M y HCOONa 0.15 M. Ka = 1.6 x 10 -4

a) Calcule el pH del amortiguador cuando se le adiciona 0.01 mol de HCl a un litro de la solución.

b) Calcule el pH cuando se le adiciona 0.01 mol de NaOH a un litro del amortiguador.

SOLUCIÓN:El equilibrio del amortiguador es: HCOOH (ac) + H₂O (l) HCOO- _{(ac) + H}

3O+ (ac)

Ácido base conjugada

EJERCICIO 3: Determinación del pH del amortiguador despues de agregarle un ácido fuerte.

Recuerda siempre identificar cuál es el ácido y cuál la

base.Deben ser pares

Cálculo de la Molaridad del HCl:

[HCl] = 0.015 moles/ 1 litro= 0.01 M

Cálculo del pH después de la adición del HCl

El ácido fuerte agregado reacciona con la base. pH = pKa + log [base conj.] (1) [ácido]

pH = 3.795 + log [ 0.15 – 0.01] = 3.62 [ 0.20 + 0.01]

pH = 3.62

a)

EJERCICIO 3: Determinación del pH del amortiguador despues de agregarle un ácido fuerte.

Cálculo de la Molaridad del NaOH:

[NaOH] = 0.01 moles/ 1 litro= 0.01 M

Cálculo del pH después de la adición del NaOH

La base fuerte agregada reacciona con el ácido del amortiguador. pH = pKa + log [base conj.] (1)

[ácido]

pH = 3.795 + log [ 0.15 + 0.01] = 3.72 [ 0.20 - 0.01]

pH = 3.72

c)

EJERCICIO 2: Determinación del pH del amortiguador despues de agregarle una baseo fuerte.

Aquí se resta en el denominador por que el NaOH(base) reacciona con el ácido del amortiguador.Mira el equilibrio.

Ácidos carboxílicos

• Los ácidos carboxílicos son compuestos orgánicos en los que el carbono del grupo carbonilo forma dos enlaces covalentes simples, uno con el átomo de un grupo funcional –OH y otro con ya sea un átomo de hidrógeno o un átomo de carbono, que a su vez

Nomenclatura

1. Se escoge la cadena carbonada más larga que contenga al carbono del grupo carboxilo.El grupo carboxilo tiene prioridad sobre otros grupos. Esta corresponde al hidrocarburo

progenitor .

2. Se enumera la cadena de forma tal que el carbono del grupo carboxilo reciba el menor número posible. Esta numeración

servirá para ver la posición de otros sustituyentes si los hubiera. 3. Se nombra el alcano progenitor y se cambia el sufijo –o del

• Las amidas son comunes en la naturaleza y se

Urea

Ejercicio

Solución

Nombre: Ácido pent-4-enoico