UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ZARAGOZA
CARRERA: INGENIERÍA QUÍMICA
MATERIA: QUÍMICA 1
PROFESOR: Guillermo González Martínez
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN TEMA: Autoionización del agua Concepto de pH y pOH
INTEGRANTES: Villegas Diego Lizbeth 1
INTRODUCCIÓN Autoionización del agua. Escala de pH Según Brönsted-Lowry hay sustancias que actúan como bases y otras como ácidos, y esto depende de con quién actúen. Por ejemplo: H2O + H2O = H3O + OH Ésta autoionización del agua es pequeña pero medible. Si escribimos la ley de equilibrio: Considerando [H2O] como constante, resulta: Kw = K [H2O]² = [H3O+] [OH-] Que es la constante de autoionización del agua, que a 25ºC toma el valor de: Kw = [H3O+]. [OH-] =10-14 En una disolución, se pueden dar las siguientes situaciones: Si [H3O+] > [OH-], es decir [H3O+] > 10-7 disolución ácida Si [H3O+] = [OH-] = 10-7 disolución neutra Si [H3O+] < [OH-], es decir [H3O+] < 10-7 disolución básica Sin embargo, para expresar la acidez o basicidad de una disolución, es más cómodo utilizar un parámetro llamado pH, que se define como: pH = - log [H3O+] entonces: 2
● Para disoluciones ácidas pH < 7 ● Para disoluciones neutras pH = 7 ● Para disoluciones básicas pH > 7
En este esquema te mostramos el pH aproximado de algunas disoluciones de sustancias comunes: También se puede definir el pOH como: pOH = - log [OH-] y se debe cumplir la relación: pH + pOH = 14 Cuando se trata de disoluciones acuosas de ácidos, la contribución de los iones H3O+ del agua, en general, es despreciable siempre que la [H3O+] debida al ácido sea mayor o igual a 1O-6 M.
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Autoionización de Agua Una de las propiedades químicas más importantes del agua es su capacidad para actuar como un ácido o una base de Bronsted, de acuerdo con las circunstancias. En la presencia de un ácido, el agua actúa como un receptor de protones. De hecho una molécula de agua puede donar un protón a otra molécula de agua. Aunque se dice que el agua pura es una sustancia no conductora de la electricidad, en realidad tiene una conductividad muy pequeña, que puede medirse con aparatos muy sensibles. Esta conductividad indica que en agua pura deben existir iones, pero en concentraciones muy pequeñas. Esto significa que el agua debe estar disociada en la forma que se ve en la imagen, proceso conocido como autoionización del agua:
Ninguna molécula individual permanece ionizada por mucho tiempo; las reacciones son extremo rápidas en ambas direcciones. A temperatura ambiente solo aproximadamente dos de cada 10 moléculas se ionizan en cualquier momento determinado. Así, el agua pura consiste ⁹
casi por completo en moléculas de H2O. Teniendo en cuenta que la concentración del agua es prácticamente constante (1000 gramos de agua por litro y 18 gramos por mol son 55,5 mol/litro), puede incluirse en la constante de equilibrio, que se expresa entonces en la forma: Kw = [H3O+] [OH-] = 10-14 a 25 ºC Esta constante, Kw, se llama producto iónico del agua. Suponiendo que siempre se trabaja con agua y con disoluciones a 25 ºC. 4
En agua pura las dos concentraciones iónicas deben ser iguales, al formarse igual cantidad de H3O+ que de OH-, siendo cada una de 10 -7, ya que su producto es de 10 -14. Se dice que cuando en una disolución en la que [H3O+] = [OH-] es neutra. En la mayoría de las disoluciones, las concentraciones de H 3O+ y OH-
son
distintas. Conforme
aumenta la concentración de uno de estos iones, la concentración del otro debe disminuir, de tal forma que el producto de sus concentraciones es igual a 1.0 x 10-14. En disoluciones acidas, la [H 3O+] excede a la [OH -]. En disoluciones básicas, la = [OH -] excede a la [H 3O+].
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Concepto de pH y pOH Para establecer cuantitativamente la acidez o basicidad de una disolución, en lugar de usar las concentraciones de OH- o H3O+ resulta más cómodo usar su logaritmo cambiado de signo, llamado pOH y pH respectivamente. pH = - log [H 3O+]
pOH = - log [OH -]
[H3O+] = 10 -pH
[OH-] = 10 -pOH
El cambio de signo se hace con el fin de que el pH sea un número positivo (aunque no siempre, sí en la mayoría de los casos). Se emplea pH en lugar de pH30. En la época en que apareció el concepto de pH, H30 + se representaba como H+. Se emplean varios términos ‘p’. En general más que un símbolo, ‘p’ significa el ’’logaritmo negativo del símbolo’’; por lo tanto, pH es el logaritmo negativo de la
concentración de H3O+, pOH es el logaritmo negativo de la concentración de OH -.
Ejemplo: Calculo del pH. Calcule el pH de una disolución en la cual la concentración de H 3O+ es de 0.050 mol/L. Estratega: Se da el valor de [H 3O+]; por lo tanto, se toma el logaritmo negativo de e ste valor. Solución: [H3O+]= 0.050 M = 5.0x10 -2M pH= - log [H 3O+]= - log [5.0x10 -2]=1.30 pH=1.30 Hay que señalar que el pH se indica con dos cifras decimales como máximo, ya que la sensibilidad de los métodos experimentales de determinación no permite determinar con precisión la tercera. En las situaciones que debes resolver, con una sola cifra decimal es suficiente. 6
Ahora se puede relacionar
[H3O+] y [OH-] así como pH y pOH
[H3O+] [OH-] = 1x10 -14 y pH + pOH = 14.00
a (25°C)
De esta relación puede advertirse que tanto el pH como el pOH son positivos, si ambos son menores que 14. Si pH y pOH son mayores que 14, lo demás es obviamente negativo.
Disolución
Condición General
Acida
[H3O+] > [OH-] pH < pOH
Neutra
[H3O+] = [OH-] pH = pOH
Básica
[H3O+]< [OH-] pH > pOH
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Ejemplo: pH y pOH de una disolución acida. Calcule [H3O+], pH y [OH-] y pOH de una disolución de HNO3 0.015M. Estrategia: Se escribe la ecuación de ionización del ácido fuerte, HNO3, con la cual se obtiene [H3O+]; luego se calcula el pH. Se utilizan las relaciones [H 3O+] [OH-] = 1x10-14 y pH + pOH= 14 para calcular pOH y [OH-]. Solución: HNO3 + H2O -> H3O + NO3 Como el ácido nítrico es un ácido fuerte (se ioniza por completo), se sabe que: [H3O+] = 0.015 M pH= -log [H3O+] = -log (0.015) = - (-1.82) = 1.82 También se sabe que pH + pOH = 14.00. Por lo tanto, pOH = 14.00 – pH = 14.00 – 1.82 = 12.18 Como [H3O+] [OH-] = 1x10-14, puede calcularse [OH-] con facilidad. [OH-] = 1x10 -14 / [H3O+] = 1x10-14 / 0.015 = 6.7 1x10 -16 M
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El pH se mide utilizando medidores de pH, como el que se ve en la imagen. Son aparatos digitales que se introducen en la disolución y directamente dan el valor del pH.
Potenciometro (pH metro)
La forma más sencilla, pero que proporciona resultados menos precisos, es utilizar papel pH. Se trata de un papel que toma un color distinto y característico según cuál sea la acidez o basicidad de la disolución. Para hacer la medida, simplemente se moja un trozo de papel con la disolución, y pasados unos momentos se compara con la escala de colores que ves en la imagen.
Papel pH
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Conviene que se tenga presente que, debido al cambio de signo en el logaritmo, la escala de pH va en sentido contrario al de la concentración de iones H 3O+: es decir, que el pH de una disolución aumenta a medida que disminuye [H 3O+], o sea, la acidez.
Escala de pH y pOH
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Conclusión: Mediante experimentos cuidadosos de la conductividad eléctrica del agua pura se ha demostrado que Esta solo se ioniza muy poco. Las escalas de pH y pOH permiten expresar de manera conveniente la acidez y basicidad de las disoluciones acuosas diluidas.
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Bibliografía. http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio//4750/4856/html/3_equilibrio _inico_del_agua.html
http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio//4750/4856/html/4_concepto escala_y_medida_del_ph.html
Whitten.Davis.Peck.Stanley. Química General. Octava edición. Pg. 704-709
Brown. Le May. Bursten. Murphy. Química la Ciencia Central. Decimoprimera edición. Pg. 673-679.
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