1 HIDROLISIS 1. HIDRÓLISIS. Es la capacidad que tienen los iones de una sal disuelta en agua, de reaccionar con el agua. Estas reacciones es lo que determinarán el pH de las sales. 2. REGLA 12. DISOCIACION DE LAS SALES. Para efectos prácticos, se considera que la disociación de las sales es completa en agua. Si alguna parte no se disocia precipitara cuando se ha alcanzado la solubilidad. AgCl → Pb (NO3)2 Ag+ + Cl- → Pb+2 + 2 NO-3 3. REACCIONES DE NEUTRALIZACIÓN. Se denominan a las reacciones donde un ácido reacciona con una base para producir una sal mas agua. Ácido + base → sal + agua EJEMPLO 1. 1) HCl + NaOH → NaCl 2) H2SO4 + 2KOH → K2SO4 3) CH3COOH + NaOH 4) HCl → H2O + CH3COONa + → + NH4OH + NH4Cl + 2 H2O H2O H2O 4. FUERZA DE REACCION DE LOS IONES DE LOS COMPUESTOS ACIDOS EN UNA SOLUCION ACUOSA. Para las siguientes disociaciones: (a) HCl + Ácido 1 H2O Base 2 → H3O+ Ácido 2 + ClBase 1 (b) CH3 COOH + H2O CH3COO- + H3O+ Ácido 1 Base 2 Base 1 Acido 2 En la reacción (a): • El anión (Cl-) que es la base conjugada del ácido fuerte (HCl) es tan débil, que prácticamente no reacciona con H3O+ hacia la izquierda. 2 • De allí que la disociación está orientada totalmente a la derecha. En la reacción (b): • El anión (CH3COO-) que es la base conjugada del ácido débil CH3COOH es muy fuerte, reaccionando así con el H3O+ y haciendo que se dé una reacción a la izquierda y determinando que la disociación global sea muy baja EN CONCLUSIÓN, SE TIENE LA SIGUIENTE REGLA 13: EL ANION CONJUGADO QUE PROVIENE DE ÁCIDO FUERTE ES DÉBIL ANION CONJUGADO DE ÁCIDO 5.EL FUERZA DE REACCIONQUE DE PROVIENEN LOS IONES DE BASES DÉBIL EN ELES FUERTE (13) AGUA. 5. FUERZA DE REACCION DE LOS IONES DE BASES EN EL AGUA. → a) NaOH b) NH3 + H2O Na+ + NH4+ OH+ OH- En (a) • se observa que el catión Na+ proveniente de la base fuerte NaOH es muy débil para reaccionar con el OH- de modo que el efecto es una disociación completa, solo a la derecha. En (b) • el catión NH4+ que proviene de la base débil NH3 es muy fuerte, de modo que la reacción a la izquierda tiene mayor fuerza que a la derecha, • Esto determina que la disociación del NH3 sea baja. EN CONCLUSIÓN, SE TIENE LA SIGUIENTE REGLA 14 UN CATION QUE PROVIENE DE BASE FUERTE ES DEBIL UN CATION QUE PROVIENE DE BASE DEBIL ES FUERTE (14) 3 6. HIDROLISIS DE LAS SALES Las reglas (13) y (14) son la base para entender la hidrólisis de los 4 tipos de sales que se describen a continuación para cada uno de los cuales habrá un pH determinado, considerando que la hidrólisis es la reacción de los iones de las sales con el agua. A. PRIMER CASO. HIDRÓLISIS DE UNA SAL QUE ESTA CONFORMADO POR ION DE ÁCIDO FUERTE Y DE UNA BASE FUERTE. (AF - BF) EJEMPLO 2. SON SALES (AF - BF): KCl, NaNO3, CaCl2. ver el ejemplo 1 de reacciones de neutralización EJEMPLO 3. ANALIZAR EL COMPUESTO KCl y su probable pH a) Al disolver EL KCl en agua se aplica la Regla 12 de disociación de las sales: KCl → K+ + Clb) SOBRE LA PROCEDENCIA DEL TIPO DE IONES: el catión K+ de la sal proviene de la base fuerte KOH y el anión Cl- del ácido fuerte HCl, según la siguiente reacción de neutralización: HCl → + KOH KCl + H2O c) PARA APLICAR LAS REACCIONES DE LOS IONES DE LA SAL SE DEBE TENER EN CUENTA las reglas (13) y (14) y la definición de Hidrólisis luego: el catión K+ y el anión Cl- son débiles según las reglas (13)y(14) d) Entonces las reacciones con el agua se escriben: K+ + H2O Cl- + H2O → x → x CONCLUSION: X SIGNIFICA QUE NO HAY REACCIONES DE HIDRÓLISIS e) pH de la sal KCl: la disolución de sal KCl y en general de todas las sales (AF - BF) al no reaccionar sus iones con el agua (cuyo pH es 7) no alterará el pH de la solución y por tanto el pH es neutro osea el pH = 7 EJERCICIO 14. ANALIZAR EL pH del COMPUESTO NaNO3, siguiendo los pasos a) b) c) d) e) del ejemplo 3. a) Regla 12. NaNO3 → + 4 b) Escribir la reacción de neutralización c)Procedencia de los iones. c) El catión……. Proviene de la base fuerte………… El anión……. Proviene del ácido fuerte………… Fuerza del catión y el anión. según las reglas (13) y (14): El catión……. es………… El anión……. es………… d) entonces las reacciones con el agua: .… + H2O → CONCLUSION: …. + H2O → ………………… e) pH de la sal: la disolución de la sal ..……. al no reaccionar sus iones con el agua no……… el pH de la solución y por tanto la solución es …….. osea el pH = B. SEGUNDO CASO. HIDRÓLISIS DE SALES DE ÁCIDO DÉBIL Y BASE FUERTE (AD - BF) EJEMPLO 4. SON SALES (AD - BF) el CH3COONa, NaCN, K2CO3 EJEMPLO 5. ANALIZAR EL COMPUESTO CH3COONa y su probable pH. a) Al disolver el CH3COONa en agua se aplica la Regla 12 de disociación de las sales: CH3COONa → CH3COO- + Na+ b) SOBRE LA PROCEDENCIA DE LOS IONES: CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O El catión Na+ proviene de base Na (OH) y según la regla (14) es débil. El anión CH3COO- proviene del ácido débil CH3COOH, luego según la regla (13) es fuerte. 5 c) APLICANDO LAS REACCIONES DE LOS IONES DE LAS SALES SE DEBE TENER EN CUENTA las reglas (13) y (14) y la definición de Hidrólisis d) como el catión Na+ es débil y el anión CH3COO- es fuerte sus reacciones con el agua son: → 1) Na+ + H2O x CONCLUSION: SOLO 2) CH3COO-+ H2O CH3COOH +OH- EN 2) HAY HIDRÓLISIS e) El pH de la sal CH3COONa y en general de todas las sales (AD-BF). En sus reacciones de hidrólisis, solo uno de los iones reacciona con el agua alterando el pH de la solución y su pH será básico porque producen ion OH- osea el pH > 7 f) Del cuadro estequiométrico en la reacción (2) se obtiene: K= (C CH 3COOH )(C OH ) (CH COO )(CH O) (C )(C ) = 3 Kh − − CH 3COOH CH 3 COO 2 OH − − (44) Kh = Constante de hidrólisis. g) Se puede obtener el valor de Kh mediante la fórmula: Kh = Kw Ka (45) Donde Ka = constante de acidez del ácido débil. h) Con los datos del cuadro estequiométrico se puede obtener la COH- con una ecuación cuadrática y luego el pH. PERO PARA HALLAR EL pH de una sal de AD–BF se puede utilizer la formula siguiente: pH = 7 + ½pKa + ½ log Cs (46) Ka y Pka corresponden al ácido débil de la sal AD-BF del cual se genera el anión (como es CH3COO-) que tendrá la reacción de hidrólisis. Cs: concentración inicial de la sal. 6 EJERCICIO 15. ANALIZAR EL COMPUESTO NaCN y su probable Ph siguiendo el procedimiento del ejemplo 5 EJEMPLO 6. Averiguar el PH de una solución acuosa de CH3COONa 0,1 M, cuyo Kh = 5,55x10-10 SOLUCIÓN a) aplicando la Regla 12: CH3COONa → CH3COO- + Na+ nP 0.1 0 0 nR 0.1 0.1 0.1 nF 0 0.1 0.1 CEq 0 0.1 0.1 b) Procedencia de los iones: CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O c) Reacción de hidrólisis. CH3COO- + H2O CH3COOH + OHnP 0.1 0 0 nR x x x 0.1 – x x x CEq 0.1 – x x x nEq Kh = ( x )( x )(mol / lt ) 2 (0.1 − x )mol / lt 5,55x10-10 = x2 mol / lt 0.1 − x SEGÚN LA REACCION DE HIDROLISIS EL pH será básico. Resolviendo mediante ecuación cuadrática, se obtiene x = COH-. , luego el pOH y el pH. d) Pero, utilizando la ecuación (46): pH = 7 + ½ pKa + ½logCs 7 Para el CH3COOH el pKa = 4,74 Cs = 1x10-1 pH = 7 + 2,37 – 0,5 = 8,87 Luego la disolución de la sal AD – BF CH3COONa 0,1 M genera una solución básica. C. TERCER CASO. HIDRÓLISIS DE SALES DE ÁCIDO FUERTE Y BASE DEBIL (AF-BD) EJEMPLO 7. NH4Cl, (NH4)2SO4 Para los 2 ejemplos el anión proviene de Ácido fuerte HCl y H2SO4 y El catión proviene de base débil NH3 SE UTILIZARÁN LAS SIGUIENTES ECUACIONES: Kh = Kw/kb (47) pH = ½pKa - ½logCs (48) EJEMPLO 8. Hallar el pH de una solución de NH4Cl 1M. a) La disociación: NH4Cl → NH+4 + Clnp 1 0 0 nR 1 1 1 b) Procedencia de los iones: → HCl + NH4OH NH4Cl + H2O c) La hidrólisis considerando las reglas (13) y (14): a) Cl- + H2O → x b) N H +4 + H2O NH+3 + H3O+ nP 1 0 0 nR x x x nEq 1–x x x 8 CEq 1 – x x x SEGÚN LA HIDROLISIS EL pH será ácido porque en la reacción 2) y para todo AF-BD se produce H3O+ x2 Kh = mol/lt 1− x (i) Kh = Kw/Kb Kh = 1 x 10-14/1.8x10-5 La ecuación (i) se puede resolver con ecuación cuadrática. Pero aplicando (48): pH = ½pKa - ½logCs Kb = 1,8 x 10-5 (de la base débil en la sal NH3) pKb = 4.74 pKa = 9.26 pH = ½(9.26) – ½log(1) = 4,63 Conclusión: la sal AF – BD al producir H3O+ dará una solución ácida de pH< 7. D. CUARTO CASO. HIDRÓLISIS DE SAL DE ÁCIDO DÉBIL Y BASE DÉBIL (AD - BD) EJEMPLO 9. Sales (AD - BD): CH3COONH4, NH4CN El anión proviene de ácido débil El catión proviene de base débil La solución será: • Ácida si Ka > Kb del ácido y base correspondiente. • Básica si Kb > Ka de la base y ácido correspondiente • Neutra si Kb = Ka de la base y ácido correspondiente Kh = Kw KaKb pH = ½ pKa1 + ½ Pka2 (49) (50) pKa1 = pKa del ácido débil pKa2 = pKa de la base débil EJEMPLO 10. Hallar el pH de una solución de CH3COONH4 0,1 M a) REACCCION DE DISOCIACION: 9 CH3COONH4 → CH3COO- + NH4+ b) Los iones CH3COO- + NH4+ son fuertes porque provienen de un ácido y una base débil según la siguiente reacción de neutralización: CH3COOH + NH4OH b) → CH3COO NH4 + H2O REACCIONES DE HIDROLISIS. CH3COO- + H2O CH3COOH + OHPara el ácido débil Ka = 1,8x10-5 pKa = 4.74 NH4+ + H2O NH3 + H3O+ Para la base débil Kb = 1,8x10-5 pKa = 9.26 Debido a que Ka = Kb La solución es neutra, pH = 7 Aplicando (50): pH = (4.74/2) + (9.26/2) = 7 EJERCICIO 16. Resolver los ejercicios 9 b), d) y e) y deducir el pH del CaSO4
