equilibrios ácido-base

ácidos y bases Dipróticos y Tripróticos

ácidos Dipróticos

Los problemas de equilibrio ácido discutidos hasta ahora se han centrado en una familia de compuestos conocidos como ácidos monoprotéticos. Cada uno de estos ácidos tiene un solo ion H+, orproton, que puede donar cuando actúa como un ácido Brnsted. El ácido clorhídrico (HCl), el aceticácido (CH3CO2H o HOAc), el ácido nítrico (HNO3) y el benzoicácido (C6H5CO2H) son todos ácidos monoproticos.,

varios ácidos importantes pueden clasificarse como ácidos polipróticos, que pueden perder más de un ion H+ cuando actúan como ácidos Brnsted. Los ácidos dipróticos, como el ácido sulfúrico (H2SO4), el ácido carbónico (H2CO3), el sulfuro de hidrógeno (H2S), el ácido crómico (H2CrO4) y el oxalicácido (H2C2O4) tienen dos átomos de hidrógeno ácidos. Los triproticácidos,como el ácido fosfórico (H3PO4) y el ácido cítrico (C6H8O7), tienen tres.

generalmente hay una gran diferencia en la facilidad con la que estos ácidos pierden el primer y segundo protones (o el segundo y tercer protones)., Cuando el ácido sulfúrico se clasifica como un strongacid, los estudiantes a menudo asumen que pierde sus dos protones cuando reacciona con el agua.Eso no es una suposición legítima. El ácido sulfúrico es un ácido fuerte porque Kafor la pérdida del primer protón es mucho mayor que 1. Por lo tanto, asumimos que esencialmente todas las moléculas de H2SO4 en una solución acuosa pierden el primer protón para formar el ion HSO4 -, o sulfato de hidrógeno.,

But Ka for the loss of the second proton is only 10-2 andonly 10% of the H2SO4 molecules in a 1 M solution lose asecond proton.

H2SO4 sólo pierde ambos iones H+ cuando reacciona con humillar, tales como el amoníaco.

la siguiente tabla da valores de Ka para algunos ácidos polipróticos comunes.La gran diferencia entre los valores de Ka para la pérdida secuencial de protones por un ácido poliprótico es importante porque significa que podemos asumir que estos ácidos disocian un paso a la vezanasunción conocida como disociación paso a paso.,

constantes de equilibrio ácido-disociación para ácidos Polipróticos comunes

veamos la consecuencia de la suposición de que los ácidos polipróticos pierden protones onestep a la vez examinando la química de una solución saturada de H2S en agua.

El sulfuro de hidrógeno es el gas maloliente que le da a los huevos podridos su desagradable odor.It sin embargo, es una excelente fuente del ion S2 y, por lo tanto, se utiliza comúnmente en laboratorios de química introductoria. El H2S es un ácido débil thatdissociates en los pasos., Algunas de las moléculas H2S pierden un protón en el primer paso para formar el ion HS -, o sulfuro de hidrógeno.

Una pequeña fracción de la HS – iones formado en esta reacción, a continuación, ir a loseanother iones H+ en un segundo paso.,

Since there are two steps in this reaction, we can write two equilibrium constantexpressions.

Although each of these equations contains three terms, there are only four unknowns,, , and becausethe and terms appear in both equations., El término representa la concentración total de H3O+ ionconcentración de ambos pasos y por lo tanto debe tener el mismo valor en ambas ecuaciones.Del mismo modo, el término,que representa el equilibrio entre los iones HS formados en el primer paso y los iones HS consumidos en el segundo paso, debe tener el mismo valor para ambas ecuaciones.

Se necesitan cuatro ecuaciones para resolver cuatro incógnitas. Ya tenemos dos ecuaciones: las expresiones Ka1 y Ka2. Vamos a tener que encontrar dos ecuaciones más o un par de suposiciones que pueden generar dos ecuaciones.,Podemos basar una suposición en el hecho de que el valor de Ka1 para este Acido es casi un millón de veces mayor que el valor de Ka2.

Ka1>>Ka2

esto significa que solo una pequeña fracción de los iones HS formados en el primer paso se disocian en el segundo paso. Si esto es cierto, la mayoría de los iones H3O + en esta solución provienen de la disociación de H2S, y la mayoría de los iones HS-formados en esta reacción PSS permanecen en solución. Como resultado, podemos suponer que las concentraciones de H3O + y HS – ion son más o menos iguales.,

se necesita uno más de la ecuación, y por lo tanto, uno más de la asunción. Nótese que H2 es un ácido débil (Ka1 = 1.0 x 10-7, Ka2 = 1.3 x 10-13). Por lo tanto, podemos asumir que la mayoría de los H2S que se disuelven en agua todavía estarán presentes cuando la solución alcance el equilibrio. En otras palabras, podemos suponer que la concentración de equilibrio de H2S es aproximadamente igual a la concentración inicial.,

We now have four equations in four unknowns.,

CH2S

Ya que siempre hay una solución única para cuatro ecuaciones con cuatro incógnitas, estamos nowready para calcular el H3O+, H2S, HS-, y S2-concentraciones en el equilibrio en una solución saturada de H2S en el agua. Todo lo que necesitamos saber es que una solución saturada de H2S en agua tiene una concentración inicial de aproximadamente 0,10 M.,

debido a que Ka1 es mucho más grande que Ka2 para este acid, podemos trabajar con la expresión de equilibrio para el primer paso sin preocuparnos por el segundo paso por el momento. Por lo tanto, comenzamos con la expresión para Ka1para este ácido.

luego Nos invocar uno de nuestros supuestos.

CH2S0.10 M

la Sustitución de esta aproximación en el Ka1 expresión da las siguientes opciones ecuación.

luego Nos invocar el otro supuesto.,

C

la Sustitución de esta aproximación en el Ka1 expresión da las siguientes opciones resultado.

ahora resolver este aproximada de la ecuación de C.

C1.0 x 10-4

Si nuestros dos supuestos son válidos, somos tres-cuartas partes del camino a nuestro objetivo. Conocemos las concentraciones de H2S, H3O+ y HS.

0.10 M

1.,0 x 10-4 m

habiendo extraído los valores de tres incógnitas de la primera expresión de equilibrio, weturn a la segunda expresión de equilibrio.

Sustituyendo los valores conocidos de la H3O+ y HS – ionconcentrations en esta expresión da la siguiente ecuación.

debido a que las concentraciones de equilibrio de los iones H3O+ y HS-son más o menos iguales, la concentración de iones S2 en equilibrio es aproximadamente igual al valor de Ka2 para este ácido.

1.,3 x 10-13 M

Ahora es el momento de comprobar nuestras suposiciones. ¿Se compara la disociación de H2S small con la concentración inicial? Sí. Las concentraciones de iones HS – y H3O + obtenidas a partir de este cálculo son de 1,0 x 10-4 M,lo que equivale al 0,1% de la concentración inicial de H2S.

CH2S 0.,10 M

¿Es la diferencia entre las concentraciones de iones S2 y HS lo suficientemente grande como para permitirnos asumir que esencialmente todos los iones H3O+en equilibrio se forman en el primer paso y que esencialmente todos los iones HS formados en este paso permanecen en solución? Sí. La concentración de iones S2 obtenida a partir de este cálculo es 109 veces menor que la concentración de iones HS. Por lo tanto, nuestra otra suposición también es válida.

por lo tanto, podemos resumir las concentraciones de los diversos componentes de este equilibrio de la siguiente manera.,

0.10 M

1.0 x 10-4 M

1.3 x 10-13 M

Diprotic Bases

Las técnicas que hemos utilizado con diprotic ácidos puede ser extendido a diprotic bases. El único reto es calcular los valores de Kb para la base.

Debido a que es una sal, carbonato de sodio se disocia en sus iones cuando se disuelve inwater.,

The carbonate ion then acts as a base toward water, picking up a pair of protons (oneat a time) to form the bicarbonate ion, HCO3- ion, and theneventually carbonic acid, H2CO3.,

The first step in solving this problem involves determining the values of Kb1and Kb2 for the carbonate ion. We start by comparing the Kbexpressions for the carbonate ion with the Ka expressions for carbonicacid.,

The expressions for Kb1 and Ka2 have something incommontheyboth depend on the concentrations of the HCO3- and CO32-ions. The expressions for Kb2 and Ka1 also havesomething in commontheyboth depend on the HCO3- and H2CO3concentrations., Por lo tanto, podemos calcular Kb1 a partir de KA2 y Kb2 a partir de Ka1.

comenzamos multiplicando la parte superior e inferior de la expresión Ka1 por la concentración de iones OH para introducir el término.

luego agrupamos los Términos en esta ecuación de la siguiente manera.

el primer término en esta ecuación es el inverso de la expresión KB2,y el segundo término es la expresión Kw.

Reordenar esta ecuación nos da el siguiente resultado.,

Ka1Kb2 = Kw

del mismo modo, podemos multiplicar la parte superior e inferior de la expresión Ka2 por la concentración de iones OH.

la Recopilación de términos que se da la siguiente ecuación.

el primer término en esta ecuación es el inverso de Kb1, y el segundo término es Kw.

por lo tanto, esta ecuación se puede reorganizar de la siguiente manera.

Ka2Kb1 = Kw

Ahora podemos calcular los valores de Kb1 y Kb2 para el ion carbonato.,

por fin Estamos listos para hacer los cálculos. Comenzamos con la expresión KB1 porque el ion CO32 es la base más fuerte en esta solución y, por lo tanto, la mejor fuente del ion OH.

la diferencia entre Kb1 y Kb2 para el ion carbonato es lo suficientemente grande como para sugerir que la mayoría de los iones OH – provienen de este paso y la mayoría de los iones HCO3 – formados en esta reacción permanecen en la solución.,

C

El valor de Kb1 es lo suficientemente pequeño como para suponer que Cis es pequeño en comparación con la concentración inicial del ion carbonato. Si esto es cierto, la concentración del ion CO32 en equilibrio será aproximadamente igual a la concentración inicial de Na2CO3.

CNa2CO3

sustituir esta información en la expresión Kb1 da el siguiente resultado.

Este aproximada de la ecuación de ahora se pueden resolver para C.,

C0.0046 M

We then use this value of Cto calculate the equilibrium concentrations of the OH-, HCO3-,and CO32- ions.

= 0.10 – C0.095M

C 0.0046 M

We now turn to the Kb2 expression.,

sustituyendo lo que sabemos sobre las concentraciones OH – y HCO3 – ioncentraciones en esta ecuación da el siguiente resultado.

de acuerdo con esta ecuación, la concentración de atequilibrio de H2CO3 es aproximadamente igual a Kb2 para el ion carbonato.

2.2 x 10-8 M

resumir los resultados de nuestros cálculos nos permite probar los supuestos que generaron estos resultados.

0.,095 M