1r ciclo Ácidos y Bases II

[The Higgs Particle]

Hola! Tengo este ejercicio:



a) Primer apartado

La reacción que creo que tiene lugar es:

${C}_{17}{H }_{19}O_3N \leftrightarrow {C}_{ 17}{H}_{ 18}O_3N^- + H^+$

Mi primera pregunta viene en que en el enunciado dan $K_b$, ¿es la morfina una base? ¿He puesto mal, entonces, la reacción?
La segunda pregunta es que si se refiere a que ahora la concentración de morfina (en el equilibrio), es de $0.05 (M)$. En cualquier caso, he planteado el ejercicio tomando como cierto esto sobre la concentración.

De esta forma, en el equilibrio tenemos:

$[{C}_{17}{H }_{19}O_3N] = 0.015 -<br /> y = 0.05 (M)$
$[{C}_{ 17}{H}_{ 18}O_3N^-] = y = 0.10 (M)$
$[H^+] = x + y = 0.10 +x (M)$, donde $x$ representa la molaridad que se ha echado inicialmente, responsable de la variación de la concentración de morfina.



b) Segundo apartado

$0.1 < \frac{[{C}_{17}{H }_{19}O_3N]}{C_17H_18O_3N^-} < 10$

Es decir, como ninguna de las especies tiene una concentración $10$veces superior a la de la otra, podemos asegurar de que se trata de un tampón.
Además, en este caso, ${C}_{ 17}{H}_{ 18}O_3N^-$ es la reserva básica, y ${C}_{17}{H }_{19}O_3N$, la ácida.


c) Tercer apartado

$pH = pKa + log(\frac{[{C}_{ 17}{H}_{ 18}O_3N^-]}{[{C}_{17}{H }_{19}O_3N]})$

donde $Ka = \frac{K_w}{K_b} \to pKa = -log(\frac{K_w}{K_b}) = 14 + log(K_b) \to \boxed{pH = 8.17}$


d) Cuarto apartado
En este caso se va a establecer un nuevo equilibrio, pero tengo dudas de cuáles son las condiciones iniciales. He puesto las del equilibrio del apartado anterior.

	${C}_{17}{H }_{19}O_3N$	${C}_{ 17}{H}_{ 18}O_3N^-$	$H^+$
Inicial (M)	0.15 – y = 0.05	y	x + y + 0.25
Reacciona (M)	-z	0	0
Se forma (M)	0	Z	z
Equilibrio (M)	0.05 – z	y + z	x+ y + z + 0.25

Y aquí me encuentro con el primer problema: cuando hallo $x$ (gracias al primer equilibrio), me sale negativo, y supuestamente es la concentración de clorhídrico que echo inicialmente, por lo que no podría salirme así.

[arivasm]

Re: Ácidos y Bases II

La morfina, por lo que he visto en wikipedia, es una amina terciaria. Por tanto, en medio ácido se protonará, con lo que la mejor forma de escribir el equilibrio (y el hecho de que nos den su constante de basicidad nos da una idea de que debemos enfocarlo a través de un comportamiento básico) será $\rm {C}_{17}{H}_{19}O_3N + H^+ \leftrightarrow {C}_{ 17}{H}_{ 19}O_3NH^+$.

Ahora mismo no tengo mucho tiempo, de modo que permíteme que aporte poca cosa. 0,05 M no es la concentración de morfina en el equilibrio. A priori deberíamos partir de que la concentración "inicial" de morfina es 0,150-0,050 = 0,100 M mientras que la de la forma protonada es 0,050. Sobre si se puede prescindir del tradicional x para los cálculos (me refiero a 0,1-x y 0,05+x) deberíamos mirar la constante del equilibrio anterior (que obtenemos con la Kb y el Kw), aunque sospecho que, por el resto del enunciado ciertamente estamos ante una disolución tampón.

De todos modos, entiendo que debes rehacer el ejercicio debido a lo que escribí al principio.

[Richard R Richard]

Re: Ácidos y Bases II

De esta imagen que saco de google creo es es una base


el grupo a la izquierda es un $OH$ por lo que creo que la reacción al diluirla en agua es

${C}_{17}{H }_{19}O_3N \leftrightarrow {C}_{ 17}{H}_{ 18}O_2N^+ + OH^-$


por eso te dan la constante básica,

luego es de suponer que reaccione con el ácido clorhídrico dando

${C}_{ 17}{H}_{ 18}O_2N^+ + OH^- + H^+ + Cl^- \leftrightarrow {C}_{ 17}{H}_{ 18}O_2NCl+ H_2O$

de alli creo que deberias revisar las conclusiones de los otros apartados.


Edito: te confirmo es una base debil, se la usa como clorhidrato o sulfato en el uso medicinal-

Saludos $R^3$

[The Higgs Particle]

Re: Ácidos y Bases II

El caso es que tengo un ejemplo similar con el acético y la sosa (un ácido y una base, por lo que es una reacción de neutralización). Lo que hacen en este caso es:

$CH_3-COOH + OH^- \to CH_3-COO^- + H_2O$

Lo ponen así porque consideran que es como una reacción normal de no equilibrio, sino simple y llanamente de estequiometría de lo desplazado que está. Es decir, no consideran la fomación de $CH_3-COONa$, sino que lo único que cogen de la sosa son los hidroxilos.

Por lo tanto, y según eso, en este caso sería:

$C_{17}H_{18}O_3N + H^+ \to C_{17}H_{19}O_3N^+$

Inicialmente, $[C_{17}H_{18}O_3N ] = 0.15 (M)$. Dice entonces que comienza a añadir clorhídrico (cuyos $H^+$ reaccionan con la morfina) hasta que su concentración es de $0.05 (M)$
Por lo tanto, en esta reacción, han reaccionado completamente todos los moles que hubiera de $H^+$ con $0.10$ de morfina (suponiendo que es un litro). Por lo tanto, la concentración de $C_{17}H_{19}O_3N^+$ formada es de $0.10 (M)$

Podemos entonces calcular el pH:
$pH = pK_a + log(\frac{[C_{17}H_{18}O_3N]}{[C_{17}H_{19}O_3N^-]}) = 14 + log(7.4 \cdot 10^{-7}) + log(\frac{0.05}{0.10}) \to \boxed{pH= 7.57}$



En el último apartado, si se añaden $0.25 (M)$ de $HCl$ tengo la duda de si he de trabajar con las concentraciones iniciales (la que suponen una concentración de morfina de $0.15 (M)$) o tras añadir cierta cantidad de clorhídrico ($0.05 (M)$). Supongo que es con éstas últimas.

Pero en este caso, toda la morfina va a reaccionar con los protones, de forma que el pH va a estar regulado por los mismos. Es decir, quedan $0.2 (M)$ de $H^+$ sin reaccionar (no queda nada de morfina). El pH será por lo tanto $-log(0.2) \to pH = 0.70$

Digo todo esto con muchas dudas, porque no termino de entender cuándo hay que proceder como yo he hecho (reaccionan sólo los protones del clorhídrico, por lo que obviamos la sal formada con morfina e ión cloruro) y cuándo habría que poner $C_{17}H_{18}O_3N + HCl \to C_{17}H_{19}O_3NCl$, si es que este compuesto existe. Aunque supongo que, como en su disociación se obtiene $C_{17}H_{19}O_3N^-$, en realidad es poner lo mismo, ¿no?

[arivasm]

Re: Ácidos y Bases II

De esta imagen que saco de google creo es es una base
[ATTACH=CONFIG]10460[/ATTACH]

el grupo a la izquierda es un $OH$ por lo que creo que la reacción al diluirla en agua es

${C}_{17}{H }_{19}O_3N \leftrightarrow {C}_{ 17}{H}_{ 18}O_2N^+ + OH^-$

El grupo OH es un grupo alcohol, que no participa en equilibrios ácido base. Como ya dije antes, la clave de la basicidad de esta substancia está en la amina terciaria: el par solitario del nitrógeno (el átomo marcado en azul) establece un enlace donor-aceptor con el H+.

Sobre lo del clorhidrato simplemente se refiere a que el catión anterior está acompañado de ión cloruro.

...en este caso sería:

$C_{17}H_{18}O_3N + H^+ \to C_{17}H_{19}O_3N^+$

Como ya dije antes, esto es correcto, salvo por el número de H (19 en la morfina y 20 en la forma protonada). Yo escribí el ácido conjugado como $\rm C_{17}H_{19}O_3NH^+$ (aunque quizá sea mejor escribirlo como $\rm [C_{17}H_{19}O_3NH]^+$) simplemente para remarcar que el H se enlaza al N.

Inicialmente, $[C_{17}H_{18}O_3N ] = 0.15 (M)$. Dice entonces que comienza a añadir clorhídrico (cuyos $H^+$ reaccionan con la morfina) hasta que su concentración es de $0.05 (M)$
Por lo tanto, en esta reacción, han reaccionado completamente todos los moles que hubiera de $H^+$ con $0.10$ de morfina (suponiendo que es un litro). Por lo tanto, la concentración de $C_{17}H_{19}O_3N^+$ formada es de $0.10 (M)$

Podemos entonces calcular el pH:
$pH = pK_a + log(\frac{[C_{17}H_{18}O_3N]}{[C_{17}H_{19}O_3N^-]}) = 14 + log(7.4 \cdot 10^{-7}) + log(\frac{0.05}{0.10}) \to \boxed{pH= 7.57}$

El problema de base con lo que pones es que parte de un equilibrio mal escrito, como ya puse antes, pues no existe el anión que has puesto.

Yo encuentro que lo más sencillo es manejar el equilibrio de acidez de la forma protonada. Permíteme que llame "R" a todo lo que no es N en la morfina: $\rm RNH^+ \leftrightarrow RN + H^+$.

Como nos dan la constante de basicidad de la morfina, que se refiere al equilibrio $\rm RN + H_2O \leftrightarrow RNH^+ + OH^-$ la constante del equilibrio anterior será $K_a = K_w/K_b$, con lo que tenemos que

$\dst\rm pH = pK_w - pK_b + \log_{10}\frac{[RN]}{[RNH^+]}=14-6,13+\log_{10}\frac{0,1}{0,05}=8,17$

En el último apartado, si se añaden $0.25 (M)$ de $HCl$ tengo la duda de si he de trabajar con las concentraciones iniciales (la que suponen una concentración de morfina de $0.15 (M)$) o tras añadir cierta cantidad de clorhídrico ($0.05 (M)$). Supongo que es con éstas últimas.

Pero en este caso, toda la morfina va a reaccionar con los protones, de forma que el pH va a estar regulado por los mismos. Es decir, quedan $0.2 (M)$ de $H^+$ sin reaccionar (no queda nada de morfina). El pH será por lo tanto $-log(0.2) \to pH = 0.70$

Yo obtengo otras cantidades: inicialmente tenemos 0,15 M de morfina. Recordemos que se ha añadido HCl con un total de 0,05+0,25 M = 0,30 M. Por tanto, el exceso de $\rm H^+$ será 0,15 M y no ese 0,2 M que pones.

Digo todo esto con muchas dudas, porque no termino de entender cuándo hay que proceder como yo he hecho (reaccionan sólo los protones del clorhídrico, por lo que obviamos la sal formada con morfina e ión cloruro) y cuándo habría que poner $C_{17}H_{18}O_3N + HCl \to C_{17}H_{19}O_3NCl$, si es que este compuesto existe.

La sal sólo se forma cuando se retira el agua (cristalización) y se forma el cristal con los iones. La fórnula que pones será entonces correcta, salvo lo comentado del número de H.

En esencia no es diferente de pensar que el agua salada contiene iones Na+ y Cl- mientras que la fórmula del cloruro de sodio (anhidro) es NaCl.

Aunque supongo que, como en su disociación se obtiene $C_{17}H_{19}O_3N^-$

No. Insisto. La hidrólisis del clorhidrato hará que en el medio esté presente el ión $\rm [C_{17}H_{19}O_3NH]^+$ (o si prefieres, como pones tú, $\rm C_{17}H_{20}O_3N^+$), que participará en un equilibrio de acidez (es el ácido conjugado de la morfina) dando lugar a morfina $\rm C_{17}H_{19}O_3N+$ y $\rm H^+$

[The Higgs Particle]

Re: Ácidos y Bases II

Sólo dos dudas. Al ión yo le he añadido un $H$más. En vez de poner $H_{18}$ he puesto $H_{19}$ (aunque no me he dado cuenta de que debería ser 19 y 20, respectivamente). ¿Eso no vale?

La otra duda es cuál es la concentración de cada uno. Quiero decir, que si se echa clorhídrico a $0.15 (M)$ de morfina "hasta una concentración de $0.05 (M)$", ¿no significa que la concentración final de la morfina, y no de su ión es eso? Su ión sería entonces de $0.1$, ¿no?
Quiero decir, no me termina de quedar claro esos $0.05 (M)$ de concentración a quién pertenecen.

[arivasm]

Re: Ácidos y Bases II

Sólo dos dudas. Al ión yo le he añadido un $H$más. En vez de poner $H_{18}$ he puesto $H_{19}$ (aunque no me he dado cuenta de que debería ser 19 y 20, respectivamente). ¿Eso no vale?

Sí, pero lo encuentro poco elegante. Por cierto que creo que es mucho mejor dejarse de tanto rollo con la fórmula y llamarle $\rm R-N$ como hice antes y $\rm R-NH^+$. De hecho, en los libros de Química orgánica lo escriben de un modo parecido a esto: $\rm R-N^+H$ (si no te gusta la R sería algo así como $\rm C_{17}H_{19}O_3N^+H$). Para ver a qué me refiero mira por ejemplo la página 313 de este libro.

La otra duda es cuál es la concentración de cada uno. Quiero decir, que si se echa clorhídrico a $0.15 (M)$ de morfina "hasta una concentración de $0.05 (M)$", ¿no significa que la concentración final de la morfina, y no de su ión es eso? Su ión sería entonces de $0.1$, ¿no?
Quiero decir, no me termina de quedar claro esos $0.05 (M)$ de concentración a quién pertenecen.

La frase "se le añade ácido clorhídrico hasta una concentración 0,050 M" la interpreto como que ésa es la concentración que tendría el HCl si sólo hubiese agua y no, como dices, la que queda de morfina. El motivo está en cómo me imagino el proceso: si me dicen echa en ese frasco HCl hasta una concentración 0,05 M lo tengo fácil, calculo el HCl que hay que echar y listo. Por otra parte, entiendo que si fuese como tú dices deberían haber escrito "se le añade ácido clorhídrico hasta que quedase una concentración 0,050 M" o algo parecido.

En todo caso, está claro que, como sucede en tantas ocasiones con los enunciados de los ejercicios, es una cuestión de interpretación (y te aseguro que es realmente difícil redactar un ejercicio de manera que toooodo el mundo entienda con absoluta claridad y sin ambigüedades de qué se trata) y entonces más de idioma que de Química.

[The Higgs Particle]

Re: Ácidos y Bases II

Me consuela saber que mi problema es que interpreto diferente el enunciado

Muchas gracias, como siempre, Arivasm!