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B2Q U07.2.3 Equilibrio agua - Contenido educativo

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Subido el 21 de agosto de 2021 por Raúl C.

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Hola a todos, soy Raúl Corraliza, profesor de química de segundo de bachillerato en el IES 00:00:16
arquitecto Pedro Gumiel de Alcalá de Hinares y os doy la bienvenida a esta serie de videoclases 00:00:22
de la unidad 7 dedicada a la primera parte del estudio de las reacciones ácido-base. 00:00:27
En la videoclase de hoy estudiaremos la autoionización del agua y las constantes de ácidos y bases conjugados. 00:00:36
Necesitamos hacer una especial mención al caso del agua. 00:00:47
No sólo porque sea el disolvente universal dentro del cual se van a encontrar ácidos y bases en todo lo que estamos considerando, 00:00:51
sino porque además sabemos, lo vimos en la videoclase anterior, que es un compuesto anfótero, 00:00:58
que en ocasiones se puede comportar como un ácido y en ocasiones como una base. 00:01:02
Y cuando tenemos agua pura, lo que tenemos es espontáneamente el equilibrio del agua actuando como base 00:01:07
en equilibrio consigo misma actuando como ácido. De tal forma que el agua actuando como ácido le 00:01:15
va a ceder un hidrón al agua actuando como base, se va a formar el ácido conjugado del agua con 00:01:21
carácter básico y la base conjugada del ácido considerando que tiene carácter ácido. Podremos 00:01:26
escribir la aleación de masas en este caso concreto con cuidado de que todo lo que tenemos 00:01:32
en el miembro de la izquierda en esta ecuación química es agua pura, es un líquido puro, 00:01:37
consecuentemente no aparece sus concentraciones no aparecen en la aleación de masas y lo que 00:01:41
tenemos es sencillamente constante igual a la concentración de los iones oxidanio por la 00:01:46
concentración de los iones hidróxido cuando tenemos el equilibrio del agua. Esta constante 00:01:52
sería Kc de la aleación de masas en este caso concreto se denomina producto iónico del agua 00:01:57
y se denota como Kw. Su valor se puede determinar experimentalmente depende de la temperatura aunque 00:02:02
en el rango de temperaturas que nosotros vamos a utilizar no depende fuertemente y vamos a 00:02:09
considerar que el valor de kW es 10 elevado a menos 14 en general. No es un valor que se nos 00:02:13
tenga que dar, nosotros debemos saber que el producto iónico del agua es igual a 10 elevado 00:02:20
a menos 14. Esto quiere decir que cuando nosotros consideramos que tenemos un recipiente con agua 00:02:25
pura no tenemos únicamente moléculas de H2O sino que en equilibrio con ellas tenemos una cierta 00:02:33
cantidad tenemos una cierta concentración de iones oxidáneo e iones hidróxido, que 00:02:39
podríamos calcular, puesto que el producto iónico del agua toma un valor conocido 10 00:02:45
elevado a menos 14, y en cuanto a estas concentraciones deben ser iguales, puesto que, a la vista 00:02:50
de los coeficientes estequimétricos de esta ecuación química ajustada, en cualquier 00:02:56
caso se va a formar una cantidad igual de iones oxidáneo que de iones hidróxido. Así 00:03:00
Y pues si extraemos la red cuadrada de 10 a la menos 14, podemos comprobar que en el agua hay una concentración de iones oxidanio igual a la concentración de iones hidróxido igual a 10 a la menos 7 molar. 00:03:06
El mismo 10 a la menos 7 con el que estábamos haciendo las comparaciones en la videoclase anterior cuando estábamos caracterizando ácidos y bases. 00:03:20
con carácter general cualquier disolución que alcanzando el equilibrio tenga una concentración 00:03:28
de iones oxidanio e hidróxido iguales e iguales a 10 a la menos 7 molar diremos que tiene carácter 00:03:36
neutro exactamente igual que decimos que el agua tiene carácter neutro si introducimos un ácido 00:03:43
dentro de agua aumenta la concentración de iones oxidanio por encima de la cubiera porque se están 00:03:49
formando, en el caso del equilibrio iónico del agua. Así pues, cuando tengamos una concentración 00:03:55
de iones oxidáneo mayor que de iones hidróxido, lo cual quiere decir que tenemos una concentración 00:04:01
de hidróxido menor que 10 a la menos 7 molar y de oxidáneo mayor que 10 a la menos 7 molar, 00:04:07
diremos que tenemos una disolución de carácter ácido. E, inversamente, cuando introduzcamos una 00:04:13
sustancia en agua que produzca iones hidróxido, de tal manera que la concentración de iones 00:04:19
oxidáneo sea menor que la concentración de iones hidróxido, esto es, la concentración de oxidáneo 00:04:24
sea menor que 10 a la menos 7 molar y la de hidróxido sea mayor que 10 a la menos 7 molar, 00:04:30
diremos que tenemos una disolución de carácter básico. Volviendo a nuestros ejemplos, lo más 00:04:35
común es que nos pidan no sólo calcular la concentración de oxidáneos producidos en 00:04:44
disoluciones ácidas y de hidróxidos producidos en disoluciones básicas, sino que nos pregunten 00:04:49
indistintamente por las concentraciones de iones oxidáneo e hidróxido en las 00:04:54
disoluciones. La forma de relacionar las concentraciones de uno y otro es a 00:04:58
través del producto iónico del agua. Por ejemplo, nosotros ya calculamos la 00:05:03
concentración de iones oxidáneo en el equilibrio del ácido nítrico. Era un 00:05:07
ácido fuerte, se disocia por completo, escribíamos la ecuación de disociación 00:05:12
ajustada y veíamos que la concentración de oxidáneos tras la disociación 00:05:15
completa era igual a la inicial del ácido nítrico. Pues bien, ¿cómo podríamos calcular la concentración 00:05:20
de hidróxidos en el equilibrio? Pues insisto, con el equilibrio con el producto iónico del agua. En 00:05:26
el equilibrio, despejando de la ley de acción de masas del producto iónico del agua, la concentración 00:05:32
de hidróxidos tiene que ser igual al producto iónico del agua, 10 a la menos 14, entre la 00:05:37
concentración de oxidáneos que hemos calculado supuestamente anteriormente. Y obtenemos un valor 00:05:41
de 2 por 10 a la menos 14 molar para la concentración de hidróxidos. Ya podemos hacer la comparación 00:05:47
completa. La concentración de hidróxidos es menor que 10 a la menos 7 molar, la concentración de 00:05:53
oxidanios es mayor que 10 a la menos 7 molar y esto pone de manifiesto el carácter ácido de la 00:05:58
disolución. En el caso de la disolución de amoníaco 0,5 molar operamos de forma análoga. Ya calculamos 00:06:04
en el equilibrio la concentración de hidróxidos 0,003 molar y podemos despejar del producto 00:06:11
iónico del agua la concentración de iones oxidáneo como producto iónico de agua 10 00:06:16
a la menos 14 dividido entre la concentración de iones hidróxido, el 0,003 que se supone 00:06:21
calculamos anteriormente. Obtenemos para los iones oxidáneo una concentración 3,3333 00:06:27
por 10 a la menos 12 molar. Análogamente, el hecho de que la concentración de iones 00:06:34
oxidáneo sea menor que 10 a la menos 7 molar y que la de iones hidróxido sea 00:06:39
mayor que 10 a la menos 7 molar ponen de manifiesto el carácter básico de la 00:06:44
disolución. El producto iónico del agua nos permite también relacionar entre sí 00:06:48
las constantes de acidez y basicidad de ácidos y bases conjugados. Lo que vamos 00:06:55
a hacer es considerar las ecuaciones del equilibrio con el agua de un ácido y su 00:07:00
base conjugada. Por ejemplo, un ácido HA que al combinarlo con el agua le cede un hidrón formándose 00:07:05
el anión A-, la base conjugada del ácido, y su ácido conjugado, el del agua, el ionoxidáneo. Aquí 00:07:13
tenemos la expresión de la aleación de masas, la constante de acidez en función de las concentraciones 00:07:20
en el equilibrio. Por otro lado, vamos a considerar el que tuviéramos la base conjugada A- y la 00:07:25
introducimos en agua. De tal forma que el agua le cede un hidrón formando el ácido conjugado de A-HA 00:07:32
y aquí lo que obtenemos son los iones hidróxido que son la base conjugada del agua. La expresión 00:07:39
de la ley de acción de masas en este caso nos da la constante de basicidad en función de las 00:07:46
concentraciones en equilibrio de estas sustancias. Fijaos que aunque tengamos un ácido y su base 00:07:51
conjugada las dos ecuaciones químicas no son una la inversa de la otra puesto 00:07:57
que nosotros hemos definido la constante de acidez y de basicidad a partir de una 00:08:02
ley de acción de masas muy concreta la del ácido en agua y la base en agua no 00:08:08
es lo mismo este ácido en agua perdón esta base en agua dentro de esta 00:08:14
consideración que lo que obteníamos arriba fijaos que lo que teníamos en la 00:08:21
base con oxidáneos, así que cuidado con que estas dos ecuaciones no son la una 00:08:25
a la inversa de la otra. Es el ácido con agua lo que obtenemos y su base 00:08:29
conjugada en agua lo que obtenemos. Lo que podemos hacer es comprobar que si 00:08:34
nosotros multiplicáramos estas dos constantes, Ka por Kb, y lo que hacemos 00:08:40
es multiplicar algebraicamente estas dos expresiones, aquí lo que vemos es que 00:08:44
esta concentración de los aniones A- y esta concentración de los ácidos E 00:08:48
HA se van a cancelar entre sí, van a ser los cocientes igual a 1 y lo que nos queda es 00:08:55
sencillamente que KA por KB es igual a el producto de las concentraciones de los iones oxidanio y de 00:09:01
los iones hidróxido, que por su propia definición coinciden con el producto iónico del agua. Así 00:09:08
pues va a ser bastante habitual que en un momento dado nos den el valor de una constante de acidez, 00:09:15
pero nosotros necesitemos trabajar con la base conjugada de ese ácido 00:09:20
o que nos den la constante de basicidad de una cierta sustancia 00:09:23
pero que nosotros necesitemos trabajar con el ácido conjugado de dicha base. 00:09:27
En tal caso no pasa nada porque nosotros conocemos el valor del producto iónico del agua, 00:09:32
el valor 10 a la menos 14, y sabemos que la constante de acidez y de basicidad 00:09:36
de ácidos y bases conjugados multiplicados entre sí van a ser igual al producto iónico del agua, 00:09:41
así que podremos calcular una conocida a la otra. 00:09:46
Es más, podemos ver que la constante de acidez y de basicidad son inversamente proporcionales, su producto es igual a la constante, con lo cual aquí estamos viendo una vez más lo que mencionamos anteriormente, y es que la base conjugada de un ácido fuerte es débil y el ácido conjugado de una base fuerte es débil, sencillamente porque si KA toma un valor muy grande, KB debe tomar un valor muy pequeño para que su producto sea 10 a la menos 14. 00:09:49
En esta tabla podemos comparar los valores de las constantes de acidez y basicidad de ácidos y bases conjugados, empezando arriba por ácidos fuertes y sus correspondientes bases conjugadas muy débiles, avanzando con ácidos débiles y sus correspondientes bases que van ganando fortaleza, hasta alcanzar ácidos muy débiles y sus correspondientes bases muy fuertes. 00:10:15
Podemos ver cómo por encima, en el caso de los ácidos, con constante de acidez superior a 1, ácidos muy fuertes, le corresponden bases extremadamente débiles, con constantes del orden de 10 a la menos 24, menos 16. 00:10:41
Y análogamente, como en el caso de la columna de los ácidos, ácidos extremadamente débiles, con constantes de acidez del orden 10 a la menos 19, mucho por debajo de 10 a la menos 14, se corresponden con bases muy fuertes. 00:10:56
En el caso de los valores de pKa y pKb, el hecho de que Ka por Kb sea igual a 10 menos 14 queda mucho más llamativo porque aquí directamente la suma de pKa más pKb de ácido y base conjugados deben sumar 14, que es 10 elevado a menos el valor del producto iónico del agua. 00:11:12
Aquí se ve más claro, 0 más 14 evidentemente es 14, 14 más 0 evidentemente es 14, pero en general podemos comprobar que esa suma es así. 00:11:34
Es otra de las razones por las cuales se tiende a utilizar o a tabular pKa y pKb mejor que las pruebas constantes de acidez y basicidad. 00:11:43
En el aula virtual de la asignatura tenéis disponibles otros recursos, ejercicios y cuestionarios. 00:11:50
Asimismo, tenéis más información en las fuentes bibliográficas y en la web. 00:12:00
No dudéis en traer vuestras dudas e inquietudes a clase o al foro de dudas de la unidad en el aula virtual. 00:12:04
Un saludo y hasta pronto. 00:12:10
Idioma/s:
es
Autor/es:
Raúl Corraliza Nieto
Subido por:
Raúl C.
Licencia:
Reconocimiento - No comercial - Sin obra derivada
Visualizaciones:
81
Fecha:
21 de agosto de 2021 - 12:12
Visibilidad:
Público
Centro:
IES ARQUITECTO PEDRO GUMIEL
Duración:
12′ 39″
Relación de aspecto:
1.78:1
Resolución:
1024x576 píxeles
Tamaño:
22.35 MBytes

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