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B2Q U07.2.4 Ácidos y bases poliionizables - Contenido educativo
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Hola a todos, soy Raúl Corraliza, profesor de química de segundo de bachillerato en el IES
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arquitecto Pedro Gumiel de Alcalá de Hinares, y os doy la bienvenida a esta serie de videoclases
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de la unidad 7 dedicada a la primera parte del estudio de las reacciones ácido-base.
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En la videoclase de hoy estudiaremos el equilibrio de ionización de ácidos y bases polioinizables.
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Hasta este momento los ejemplos hemos visto únicamente ácidos monopróticos, o sea, que contienen un único hidrógeno y que en disolución van a poder liberar un único hidrón.
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Y en el caso de bases, hemos visto bases mono-hidroxiladas, en el caso de bases de Arrhenius, que contienen un único hidróxido en su fórmula química.
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o pensando en bases de Lewis, como puede ser el amoníaco, sustancias que contienen un átomo con
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un único par de electrones libre que puedan formar un enlace covalente coordinado con el
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correspondiente ácido para formar la correspondiente neutralización. ¿Qué es lo que ocurre en el caso
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de ácidos polipróticos con más de un hidrógeno, con bases poli-hidroxiladas o bien con sustancias
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que contengan más de un par de electrones libre? Pues que van a poder originar sucesivas ionizaciones.
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Vamos a centrarnos por la simplicidad del argumento en el caso de ácidos poliprótidos que tengan más de un único hidrógeno, como podrían ser el ácido sulfúrico H2SO4, carbónico H2CO3 o incluso el fosfórico H3PO4.
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Bien, en este caso, cuando yo introduzco ácido sulfúrico en agua, por ejemplo, se puede liberar uno y hasta dos hidrones. Bien, pues lo que va a ocurrir es que en primer lugar se va a producir una primera ionización donde el ácido sulfúrico va a liberar uno de los dos hidrones formando, como vemos aquí a la derecha, el ión hidrógeno sulfato y posteriormente en una segunda disociación el ión hidrógeno sulfato que se ha formado anteriormente podrá nuevamente liberar el segundo hidrón para obtenerse el hidrógeno sulfato.
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ion sulfato. Dos hidrógenos en la fórmula, dos ionizaciones, ácido sulfúrico, ácido carbónico,
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exactamente igual. En el caso del ácido fosfórico, que tiene hasta tres hidrógenos, se pueden
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producir tres ionizaciones. De ácido fosfórico al ion dihidrógeno fosfato, de éste al ion hidrógeno
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fosfato y de éste finalmente al ion fosfato. Cada una de esas ionizaciones tiene una constante
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de equilibrio diferente. Tened en cuenta que el compuesto que se está ionizando es esencialmente
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distinto, tiene o no tiene un hidrón, y que con carácter general las constantes van a ser cada
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vez más pequeñas. De tal manera que las ionizaciones van a ser sucesivamente siempre menos extensas que
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las anteriores. Por ejemplo, en el caso del ácido sulfúrico, es un ácido fuerte, su constante de
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acidez es 10 a la 2, 100. Bien, pues una vez que se ha producido la disociación del ácido sulfúrico y se
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formado ion dihidrógeno sulfato, su segunda disociación tiene asociada una constante de
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acidez que es 10 a la menos 2, 0,01. Ahora estamos ante un ácido débil. En el caso del ácido carbónico,
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que ya es de por sí un ácido débil, con una constante del orden de 10 a la menos 7, bueno,
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pues el ion hidrógeno carbonato, cuando produce la siguiente disociación, es un ácido incluso más
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débil todavía. Tiene una constante de acidez asociada del orden de 10 a menos 11. Nosotros
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con carácter general no vamos a considerar ácidos polihidrogenados ni bases polihidroxiladas,
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pero no obstante vamos a ver con un ejemplo cómo podríamos caracterizar desde el punto de vista
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ácido-base una disolución 0,5 molar de ácido sulfúrico. Vamos a calcular la concentración
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de iones oxidáneo e hidróxido de esta disolución. No nos dan el valor de la constante de acidez del
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ácido sulfúrico. Sabemos que es un ácido fuerte, se va a disociar por completo, pero sí nos dan la
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constante de acidez correspondiente a la segunda disociación, la del ión hidrógeno sulfato, que
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como podemos ver es 0,01. Es un valor lo bastante pequeño como para que este ácido sea débil y
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consecuentemente se establezca un cierto equilibrio. Vamos a comenzar hablando del ácido sulfúrico,
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que es un ácido fuerte, en disolución acuosa se disocia por completo. Vamos a escribir la ecuación
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de disociación. La primera disociación formándose el ión hidrógeno sulfato. A la vista de la
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estequimetría de la reacción, la concentración de oxidanios y también la de iones hidrógeno
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sulfato, una vez que se ha producido la disociación completa, coincide con la concentración inicial
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del ácido sulfúrico. Consecuentemente, si yo había puesto 0,5 moles de ácido sulfúrico para
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formar un litro de disolución, viendo que los coeficientes estequimétricos son iguales,
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voy a obtener 0,5 moles de hidrógeno sulfato y 0,5 moles de oxidanio en el equilibrio en un litro
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de disolución, las concentraciones serán 0,5 molar. Nuevamente, mayor que 10 a la menos 7,
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de momento esto va a tener carácter ácido. Vamos a dar un paso más y lo que vamos a hacer
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es considerar la segunda disociación, la que corresponde con el ión hidrógeno sulfato.
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En este caso vamos a considerar que el ión hidrógeno sulfato es débil, porque lo es, y vamos a escribir una nueva ecuación del equilibrio.
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Esta vez sí equilibrio, doble flecha, el ión hidrógeno sulfato con agua para producir la base conjugada, que sería el ión sulfato, y el ácido conjugado del agua, que sería el ión oxidánico.
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Y vamos a llamar alfa, como siempre, al grado de sucesión del ácido, el ión hidrógeno sulfato, en el equilibrio.
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Vamos a cambiar ligeramente la tabla del equilibrio porque debemos hacerlo.
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Nosotros calculamos anteriormente que cuando se produce la primera disociación del ácido sulfúrico, la concentración del ión hidrógeno sulfato coincidía con la inicial, 0,5 molar, pero ahora ya no podemos suponer que partimos de la nada en lo que respecta al ión oxidáneo, sino que nosotros hemos calculado que cuando se disocia el ácido sulfúrico también se produce una cantidad de oxidáneo como para que su concentración sea 0,5 molar.
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Y esta concentración debemos introducirla aquí. Así pues, en esta segunda disociación no sólo partimos de una concentración 0,5 molar de ión hidrógeno sulfato, sino también 0,5 molar de iones oxidánio. Y sí, 0 de iones sulfato.
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Todo lo demás será análogo. Reacciona una cantidad, una concentración 0,5 por alfa. Hemos llamado alfa al grado de sucesión de león hidrógeno sulfato. 0,5 alfa, 0,5 alfa en el resto de la fila.
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En el caso del hidrógeno sulfato, que es lo que reacciona, tendremos 0,5 menos 0,5 alfa, sacando factor común 0,5 por 1 menos alfa.
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El sulfato, como siempre, lo mismo que se haya formado, 0,5 alfa, pero en el caso del oxidanio teníamos una concentración 0,5 molar, surge una cantidad como para que aparezca una nueva concentración extra 0,5 por alfa.
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y ahora sacando factor común al 0,5 a lo que tendríamos que escribir, 0,5 más 0,5 por alfa,
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la expresión algebraica que nos queda es 0,5 por 1 más alfa.
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Aplicamos la ley de acción de masas en el equilibrio, la constante de acidez igual a la concentración de estos iones
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dividido entre la concentración de este, sustituimos las expresiones algebraicas, 0,5 por alfa por 0,5 por 1 más alfa
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entre 0,5 por 1 menos alfa y lo que obtenemos es esta ecuación. Lo que vamos a considerar es que
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el valor de la constante de acidez de león hidrógeno sulfato, que es 0,01, es suficientemente
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pequeña en comparación con esta concentración inicial 0,5 molar como para que alfa sea próximo
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a cero, de tal forma que por un lado 1 menos alfa sea próximo a 1 y además 1 más alfa también lo
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sea. De tal manera que en esta ecuación vamos a obtener la versión simplificada, esto es 1,
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esto es 1, pues 0,5 por alfa igual a 0,01. Alfa igual a 0,01 entre 0,5 igual a 0,02. Lo que
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obtenemos es un grado de disociación igual al 2%. Si consideramos que este valor es solamente
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próximo a 0, la aproximación es válida y, consecuentemente, podremos calcular las
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concentraciones en el equilibrio del ión hidrógeno sulfato, sulfato e iones oxidáneo utilizando el
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valor de alfa aquí dentro. En este caso lo que obtenemos son estas concentraciones y en el caso
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de los iones oxidáneo lo que tenemos es una concentración 0,51 molar. Si comparamos este
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valor 0,51 molar que es el que se obtiene tras la segunda disociación con el que teníamos tras la
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primera disociación 0,5 molar podemos considerar que la variación no es suficientemente importante
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como para compensar el trabajo que nos supone considerar este equilibrio para el ión hidrógeno
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sulfato y consecuentemente si nos encontramos en una situación como esta en un ejercicio lo que
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haríamos sería considerar que únicamente se produciría la primera ionización y lo que vamos
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hacer es considerar que la segunda ionización es tan poco extensa en comparación con la primera
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como para que no se produzca. Esto tiene sentido exclusivamente cuando nos encontramos con ácidos
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cuya primera disociación corresponda con un carácter fuerte y la segunda ya sea de carácter
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débil y esto ocurrirá pues típicamente con el caso de por ejemplo el ácido sulfúrico. En el aula
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virtual de la asignatura tenéis disponibles otros recursos, ejercicios y cuestionarios. Así mismo
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tenéis más información en las fuentes bibliográficas y en la web.
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No dudéis en traer vuestras dudas e inquietudes a clase
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o al foro de dudas de la unidad en el aula virtual.
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Un saludo y hasta pronto.
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- Idioma/s:
- Autor/es:
- Raúl Corraliza Nieto
- Subido por:
- Raúl C.
- Licencia:
- Reconocimiento - No comercial - Sin obra derivada
- Visualizaciones:
- 23
- Fecha:
- 22 de agosto de 2021 - 11:08
- Visibilidad:
- Público
- Centro:
- IES ARQUITECTO PEDRO GUMIEL
- Duración:
- 10′ 52″
- Relación de aspecto:
- 1.78:1
- Resolución:
- 1024x576 píxeles
- Tamaño:
- 18.55 MBytes
