Secundaria Brönsted-Lowry

[The Higgs Particle]

Hola, tengo dudas del siguiente ejercicio, pues los dos primeros aniones corresponden a ácidos polipróticos, ¿qué tengo que hacer, escribir las dos reacciones de protonación? Es que me están pidiendo poner el ácido conjugado, pero si sólo escribo la primera protonación, lo que se obtiene es otra base más ($HCO_3^-$ y $H_2PO_4^-$)... Es más, el $H_2PO_4^-$ puede actuar también como ácido.



1. Primer apartado
Base (pues capta protones): $CO_3^{2-} + H_2O \leftrightarrow HCO_3^- + OH^-$. No sé cómo poner aquí los ácidos y bases conjugadas. Además, ¿he de poner directamente la segunda protonación obviando este paso o he de dejarlo así?

2. Segundo apartado
Ácido (puede perder un protón más) y Base (puede captar protones). Igualmente aquí, ¿tengo que escribir tres reacciones (cuando gana cada uno de los protones o cuando pierde otro)?

3. Tercer apartado
Ácido (pierde un protón): $NH_4^+ + H_2O \leftrightarrow NH_3 + H_3O^+$.
Además, tenemos que el $H_3O^+$ es el ácido conjugado de la base $H_2O$, y el $NH_3$ es la base conjugada del $NH_4^+$

4. Cuarto apartado
$HSO_4^- + H_2O \leftrightarrow H_3O^+ + SO_4^{2-}$

5. Quinto apartado
Si fuese un ácido fuerte, tendríamos que en agua se disociaría completamente: $HA + H_2O \to A^- + H_3O^+$
Y, además, $[A^-] = [H_3O^+] = [HA]_0 \to pH = -log[H_3O^+] = -log(0,002) = 2,7$
Sin embargo, el pH del enunciado es mayor (hay menor concentración de hidrogeniones), lo que significa que no se disocia completamente ($[H_3O^+] \neq [HA]_0$); es decir, no es un ácido fuerte.

[arivasm]

Re: Brönsted-Lowry

¿qué tengo que hacer, escribir las dos reacciones de protonación?

No. Sólo una.

Es que me están pidiendo poner el ácido conjugado, pero si sólo escribo la primera protonación, lo que se obtiene es otra base más ($HCO_3^-$ y $H_2PO_4^-$)... Es más, el $H_2PO_4^-$ puede actuar también como ácido.

Recuerda que hay las tres posibilidades que te ponen en el enunciado: actúa sólo como base, sólo como ácido, como ácido o como base.

1. Primer apartado
Base (pues capta protones): $CO_3^{2-} + H_2O \leftrightarrow HCO_3^- + OH^-$. No sé cómo poner aquí los ácidos y bases conjugadas. Además, ¿he de poner directamente la segunda protonación obviando este paso o he de dejarlo así?

El ácido conjugado de la base ión carbonato es el ión hidrógenocarbonato, que has escrito, $\rm HCO_3^-$

2. Segundo apartado
Ácido (puede perder un protón más) y Base (puede captar protones). Igualmente aquí, ¿tengo que escribir tres reacciones (cuando gana cada uno de los protones o cuando pierde otro)?

Ciertamente puede comportarse como ácido o como base. Su base conjugada es el $\rm PO_4^{3-}$. Su ácido conjugado el $\rm H_2PO_4^-$

El apartado 4 es similar.

El 3 lo pones correctamente. El 5 también está correcto.

[The Higgs Particle]

Re: Brönsted-Lowry

El ácido conjugado de la base ión carbonato es el ión hidrógenocarbonato, que has escrito, $\rm HCO_3^-$

Pero también puede actuar como base. ¿Cómo puedo entonces decir que es su ácido conjugado si puede ser igualmente otra base?

Y esto me lleva a otra pregunta: ¿cuándo se van a comportar las sustancias anfóteras como ácidas o como básicas? Por ejemplo, ese hidrógenocarbonato en agua (otro anfótero), ¿tiende a comportarse como ácido o como base?



De todas formas, a ver si siguiendo tus indicaciones consigo ahora ponerlo bien:

1. Primer apartado
$CO_3^{2-} + H_2O \leftrightarrow HCO_3^- + OH^-$. Aquí el $HCO_3^-$ es el ácido conjugado del $CO_3^{2-}$, y el $OH^-$ es la base conjugada del agua.

2. Segundo apartado
2.1. Ácido: $HPO_4^{2-} + H_2O \leftrightarrow PO_4^{3-} +H_3O^+$. El $PO_4^{3-}$ es la base conjugada del $HPO_4^{2-}$, y el hidrogenión es el ácido conjugado del agua.
2.2. Base: $HPO_4^{2-} + H_2O \leftrightarrow HPO_4^- + OH^-$. El $HPO_4^-$ es el ácido conjugado del $HPO_4^{2-}$, y el hidroxilo es la base conjugada del agua.

4. Cuarto apartado. Bueno, en este sólo me piden completar la reacción, por lo que entiendo que está bien lo que puse antes (una sola desprotonación).

[arivasm]

Re: Brönsted-Lowry

Pero también puede actuar como base. ¿Cómo puedo entonces decir que es su ácido conjugado si puede ser igualmente otra base?

Pondré el ejemplo del $\rm HCO_3^-$. Es el ácido conjugado del ión carbonato, $\rm CO_3^{2-}$. Pero también es la base conjugada del ácido carbónico, $\rm H_2CO_3$. Es decir de tu pregunta destacaré lo siguiente: "¿Cómo puedo entonces decir que es *su* ácido conjugado si puede ser igualmente otra base?" No importa que la substancia tenga también comportamiento como base. La relación de conjugación liga dos substancias, por ejemplo $\rm CO_3^{2-}$ y $\rm HCO_3^-$, en la que una es base conjugada de la otra (y ésta es ácido conjugado de la primera).

¿cuándo se van a comportar las sustancias anfóteras como ácidas o como básicas? Por ejemplo, ese hidrógenocarbonato en agua (otro anfótero), ¿tiende a comportarse como ácido o como base?

Depende de a qué substancia se enfrente. En este sentido, haciendo un chiste malo podríamos decir de que al enfrentarse a otra substancia dependerá de "quién la tenga más grande" (la constante de acidez).

Por ejemplo: ¿cuándo actúa el $\rm HCO_3^-$ como base? Pues cuando se enfrenta a un ácido más fuerte que él (en este caso tampoco hace falta demasiada fortaleza). Échale ácido sulfúrico al bicarbonato (con acético también basta, es el experimento clásico que se le hace a los niños) y captará un $\rm H^+$ para formar el inestable $\rm H_2CO_3$ (que se descompone dando el $\rm CO_2$ del tradicional experimento infantil).

¿Y como ácido? Enfréntalo a una base más fuerte que él. Por ejemplo, un hidróxido (pues el ión $\rm OH^-$ como ácido es un verdadero desastre): formarás iones carbonato y agua.

El resto de lo que pones es correcto.

Es especialmente interesante el segundo apartado, pues es menos obvio que los ejemplos que puse antes para el bicarbonato y que aquí podrían replicarse (echar ácido sulfúrico vs. echar hidróxido de sodio, por ejemplo). Como bien escribes el monohidrogenofosfato tendrá el doble comportamiento que indicas. Podemos, por tanto preguntarnos ¿al echarlo en agua *pura*, cuál de los dos predomina? Evidentemente no es posible que sean los dos. Permíteme que no me moleste en buscar las constantes correspondientes y que la respuesta sea genérica. Uno de los dos equilibrios tendrá una constante más alta que el otro: ése será el que predomine.

Desde este punto de vista, el echar ácido sulfúrico o hidróxido de sodio, y que entonces pueda predominar el equilibrio que "pierde" en el párrafo anterior, simplemente será cuestión de desplazamiento de equilibrio (uno de ellos se verá favorecido hacia la derecha y el otro hacia la izquierda).

[The Higgs Particle]

Re: Brönsted-Lowry

En el ejemplo del $HCO_3^-$ en el agua, supuestamente el que tenga la constante de acidez más alta (entre el agua y este anión), será el que actúe como ácido...

¿Cuál es la constante de acidez del agua? $H_3O^+ + H_20 \leftrightarrow H_2O + OH^- \to K_a = \frac{OH^-}{H_3O^+} = \frac{K_w}{[H_3O^+]^2}$ ¿Y la concentración de hidrogeniones debe ser $10^{-7}$?

Porque entonces $K_a$ sería 1 ($\frac{10^{-14}}{(10^{-7})^2}$), y $K_a \cdot K_b = 1 \neq K_w$

[arivasm]

Re: Brönsted-Lowry

El agua también posee carácter anfótero. Por otra parte, las constantes de acidez se definen para disoluciones acuosas (las especies se manejan en forma "aq"). No dejan de ser constantes de equilibrio para reacciones con el agua!

En consecuencia, el agua no tiene constante de acidez.

Por otra parte el "equilibrio" que pones es incorrecto: ¡no conserva la carga eléctrica!

[The Higgs Particle]

Re: Brönsted-Lowry

Entonces, si sé que estoy echando en agua $HCO_3^-$, ¿cuál es el ácido/base que me cabe esperar?

[arivasm]

Re: Brönsted-Lowry

Quizá tenemos que separar dos posibilidades para responder a tu pregunta: que sólo se eche bicarbonato o que se eche bircabonato o/y alguna de sus substancias conjugadas.

Si echamos en agua bicarbonato, como puede participar en dos equilibrios (además de sentidos opuestos, pues uno consume $\rm H^+$ -por sencillez indicaré así en vez de $\rm H_3O^+$-, mientras que el otro lo produce), se nos plantea la duda de cuál de los dos será el más importante. La clave está en las constantes de acidez. Por una parte, tenemos la del ácido carbónico, $\rm H_2CO_3 \leftrightarrow HCO_3^- + H^+$, con $K_{a,1}=\notcien{4,3}{-7}$ y por otra tenemos la de la segunda disociación, $\rm HCO_3^- \leftrightarrow CO_3^{2-} + H^+$ con $K_{a,2}=\notcien{5,6}{-11}$. Conviene señalar que la segunda constante de acidez (¿siempre? ¿casi siempre?) es menor que la primera.

Así pues, a la hora de preguntarnos si el bicarbonato es más fuerte (o menos débil) como ácido o como base podemos recurrir al primer equilibrio para escribirlo en forma de equilibrio de basicidad (o, dicho mejor, de hidrólisis del bicarbonato): $\rm HCO_3^- + H_2O \leftrightarrow H_2CO_3 + OH^-$, con $K_b=\notcien{2,2}{-8}$. Como vemos, esta constante es mayor que $K_{a,2}$, lo que nos revela que es más débil actuando como ácido que como base. Consecuencia: como saben muchas personas que padecen de acidez estomacal, el bicarbonato en agua tiene un leve carácter básico (que además es reforzado por el hecho de que el ácido carbónico es inestable, dando lugar a un producto que se nos marcha de la disolución, el $\rm CO_2$, por lo que el equilibrio se desplaza aún más hacia la producción de $\rm OH^-$ -pero no infinitamente, pues el límite está marcado por la solubilidad del $\rm CO_2$ y el correspondiente equilibrio entre éste y el ácido carbónico-).

En definitiva, el bicarbonato, sin más acompañamientos que agua pura, se comporta como base.

Ahora bien, si en el medio está presente alguna de las substancias conjugadas, es decir, carbonatos o bien ácido carbónico (en este caso por presencia de $\rm CO_2$, como dije antes) la situación se complica pues habremos de jugar con el equilibrio correspondiente.

Así, si se añade, en una cantidad suficientemente apreciable, un carbonato soluble (lo más sencillo es pensar en una disolución que inicialmente sólo tenga esa substancia) el equilibrio dominante será el de la $K_{a,2}$, que en este caso conviene visualizar como el de la base ión carbonato y su ácido conjugado el ión bicarbonato. Esto no impide que también se comportará como base, por el equilibrio con el ácido carbónico.

Si quieres ver un ejemplo planteado al revés, es decir, saturando inicialmente el agua de $\rm CO_2$, y en el que el ión bicarbonato también actúa tanto como base (conjugada del ácido carbónico) como ácido (conjugado del ión carbonato) mira el ejemplo de la página 200 de este libro: https://books.google.es/books?id=vVt...page&q&f=false

[The Higgs Particle]

Re: Brönsted-Lowry

Muchas gracias, Arivasm

Creo que ya son 2 los jamones que te debo