La reacción de neutralización es una reacción entre un ácido y una base que forman una sal y agua




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títuloLa reacción de neutralización es una reacción entre un ácido y una base que forman una sal y agua
fecha de publicación12.08.2016
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REACCIONES DE NEUTRALIZACIÓN

La reacción de neutralización es una reacción entre un ácido y una base que forman una sal y agua (si en la reacción hay una base que no tenga iones hidróxido, como el NH3, se formará como único producto la sal). Mostremos algunos ejemplos:

HCl + NaOH → NaCl + H2O

H2SO4 + 2 KOH → K2SO4 + 2 H2O

CH3COOH + NaOH → NaCH3COOH + H2O

HCl + NH3 → NH4Cl(aq)

La neutralización se fundamenta en la reacción entre los iones H3O+ del ácido y los iones OH- de la base para formar moléculas de H2O.

Al mezclar un ácido y una base en cantidades iguales el pH resultante sólo será 7 si el ácido y la base son fuertes. En el caso de una reacción de neutralización entre un ácido fuerte y una base débil (o entre un ácido débil y una base fuerte) el pH será ácido (o básico) dado que se formará una sal que proviene de un ácido fuerte y una base débil (o de una base fuerte y un ácido débil.

Al mezclar un ácido y una base con un exceso de alguno de ellos, el pH resultante dependerá de si el exceso corresponde al ácido o a la base y de si estos son fuertes o débiles.
Ejemplos del cálculo del pH de la mezcla de un ácido y una base

1. Calcula el pH resultante de mezclar 50 cm3 de HCl 0,1 M con 40 cm3 de NaOH 0,2 M.

R: Escribimos la reacción de neutralización y calculamos las cantidades iniciales, en moles, de cada uno de los compuestos para ver si existe algún exceso:

HCl + NaOH → NaCl + H2O

nHCl = 50·10-3 L· 0,1 M = 5·10-3 mol HCl = 5·10-3 mol H3O+ (HCl + H2O → Cl- + H3O+)

nNaOH = 40·10-3 L· 0,2 M = 8·10-3 mol NaOH = 8·10-3 mol OH- (NaOH → Na+ + OH-)

En este caso existe un exceso de base, es decir, de iones OH- respecto a los iones H3O+, al estar disociados totalmente los dos compuestos porque son fuertes. Lo que ocurre es que 5·10-3 mol de OH- se neutralizan completamente con 5·10-3 mol de H3O+ sobrando 3·10-3 mol de OH- (junto a la sal formada) que son los que me van a dar un pH muy básico en la mezcla resultante. La concentración final de OH- (después de mezclar el ácido y la base) es:

= = = 0,033 M. Adviértase que el volumen es el total de la mezcla (los volúmenes son aditivos). Con ese exceso de OH- calculamos el pH, a partir del pOH, y hemos de obtener un pH muy básico como corresponde al exceso de una base fuerte:

pOH = - log = - log 0,033 = 1,48 pH = 14 – pOH = 14 – 1,48 = 12,52
2. Calcula el pH resultante al mezclar 20 cm3 de ácido cianhídrico 0,1 M con 20 cm3 de hidróxido de sodio 0,1 M. Datos: Ka(HCN) = 4,9·10-10

R: La reacción de neutralización es :

HCN + NaOH → NaCN + H2O

Calculamos las cantidades iniciales de ambos compuestos y observamos que son las mismas:

nHCN = nNaOH = 20·10-3 L· 0,1 M = 2·10-3 mol. En este caso, el pH resultante no va a ser 7 porque va a prevalecer la base fuerte sobre el ácido débil (el HCN sabemos que es un ácido débil porque nos dan su Ka) con lo que obtendremos un pH mayor que 7. Este pH básico de la mezcla resulta de la disociación de la sal formada, NaCN, en la que sólo los iones CN- experimentarán hidrólisis (son los conjugados del HCN que es un ácido débil). Los iones Na+ no reaccionarán con el agua porque son los conjugados de una base fuerte, el NaOH, en la que el equilibrio está totalmente desplazado hacia la derecha, es decir, hacia los iones Na+. Las reacciones son las siguientes:

NaCN(aq) → Na+ + CN-

Los iones CN- son los conjugados del HCN por lo tanto constituyen una base. Los iones OH-, característicos de las bases, son los que me darán el pH básico de la mezcla. La concentración c de la sal NaCN será la misma que la de CN- (proporción 1 a 1 en moles) y se calculará teniendo en cuenta que el volumen es el total de la mezcla y que sus moles son los mismos que los de HCN o NaOH (proporción 1 a 1 en moles en la reacción de neutralización inicial):

c = = 0,05 M. El pH nos lo da la disociación del CN- que es una base, y como tenemos como dato la Ka de su ácido conjugado, hemos de calcular su Kb con el producto iónico del agua: Ka·Kb = 10-14

CN- + H2O HCN + OH-

ci: c - -

cf: c(1-α) cα cα

Kb = = = = 2 (1-α 1) α = = = 0,020 M

Con el resultado obtenido podemos justificar la aproximación (recuerda que sólo se hace la aproximación para evitar resolver la ecuación de segundo grado en términos de α). Calculamos ahora el pOH y luego el pH, obteniendo un pH básico como cabía esperar:

pOH = -log = -log cα = -log (0,05·0,020) = 3 pH = 14 – pOH = 14 -3 = 11

Analizando el resultado, observamos que el pH resultante es bastante básico. Eso se debe a la particular hidrólisis del anión CN- con la concentración dada.

VALORACIONES ÁCIDO- BASE

La valoración ácido-base es un procedimiento químico que nos permite calcular la concentración desconocida de un ácido o de una base haciéndolo reaccionar con una base o un ácido de concentración conocida.

La técnica utilizada para llevar a cabo este proceso se llama volumetría y los cálculos necesarios se fundamentan en las reacciones de neutralización. El procedimiento que se sigue para una valoración es el siguiente:

1. Colocamos en un erlenmeyer un volumen conocido de la disolución (ácida o básica) que hemos de valorar. Su concentración es desconocida. Para ello podemos utilizar una pipeta aforada con una pera de aspiración.

2. Añadimos un par de gotas del indicador adecuado, por ejemplo, fenolftaleína.

3. Llenamos la bureta con la disolución (básica o ácida) de concentración conocida necesaria para que se neutralice la que tenemos en el erlenmeyer. Hemos de enrasar el volumen a cero o a otro volumen.

4. Abrimos la llave de la bureta para que la disolución vaya cayendo gota a gota y vamos moviendo suavemente la disolución del erlenmeyer para favorecer la neutralización. Observamos el cambio de color del indicador (viraje), lo cual nos permite determinar el momento en el que se alcanza el punto de equivalencia, es decir, el momento en que se completa la neutralización.

5. Cerramos la llave de la bureta y anotamos el volumen consumido de la disolución conocida.

Un posible dibujo del montaje utilizado (en el caso de una valoración de ácido acético con hidróxido de sodio) es el siguiente:


Resumiendo, el material necesario para realizar una valoración es: bureta (con un pie y pinza para sujetarla), pipeta con pera de aspiración, erlenmeyer, un indicador con un intervalo de viraje próximo al punto de equivalencia, la muestra que se quiere valorar y la disolución de concentración conocida que se utiliza para neutralizar la anterior.
Las curvas de valoración son representaciones gráficas de la variación del pH en función del volumen añadido de la disolución que se utiliza para la valoración. Un ejemplo de curva de valoración es el siguiente:

d:\química\química ii\recursos del blog\ácidos y bases\eq82.gif

En el ejemplo mostrado valoramos una disolución de un ácido fuerte, como el HCl, con una disolución de una base fuerte, el NaOH. Inicialmente, el pH del ácido es 1, lo cual corresponde a un ácido fuerte. Conforme vamos añadiendo la base, el pH va aumentando hasta que se produce la variación brusca que corresponde al punto de equivalencia, es decir, el punto final de la neutralización en el que los moles de los dos compuestos son iguales. En este caso, como valoramos un ácido fuerte con una base fuerte, el pH en el punto de equivalencia es 7. Al seguir añadiendo el NaOH el pH aumenta y, en el punto final, se estabiliza en un valor alto (en torno a 13) lo cual corresponde a una base fuerte.

En el caso que tuviéramos una valoración entre un ácido fuerte y una base débil o entre un ácido débil y una base fuerte, el pH en el punto de equivalencia no sería 7. La disociación de los iones en agua de la sal que se formase (hidrólisis) determinaría si el pH es ácido o básico.

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