Ejercicio resuelto de Ácido-Base · Química · Galicia · 2020

PREGUNTA 2
Razonando las respuestas:

2.1. Justifique si la siguiente afirmación es verdadera o falsa: Una disolución acuosa de $\mathrm{NH_4Cl}$ tiene carácter ácido.
2.2. Los elementos A, B, C y D tienen números atómicos 19, 16, 1 y 9, respectivamente. Razone qué compuestos se formarán entre B y C y entre D y A indicando el tipo de enlace.

$\textbf{2.1. Justifique si la siguiente afirmación es verdadera o falsa: una disolución acuosa de NH}_4\textbf{Cl tiene carácter ácido. (1 punto)}$

La afirmación es $\textbf{verdadera}$.

El cloruro de amonio es una sal soluble y se disocia por completo:

$\mathrm{NH_4Cl(s)} \rightarrow \mathrm{NH_4^+(ac)} + \mathrm{Cl^-(ac)}$

Para saber si la disolución es ácida, básica o neutra hay que examinar por separado si cada ion reacciona con el agua, y eso depende de la fuerza del ácido y de la base de los que la sal procede.

El anión $\mathrm{Cl^-}$ procede del HCl, un ácido fuerte. La base conjugada de un ácido fuerte es tan débil que no reacciona con el agua: $\mathrm{Cl^-}$ $\textbf{no se hidroliza}$.

El catión $\mathrm{NH_4^+}$, en cambio, procede del amoníaco, que es una base $\textbf{débil}$. Su ácido conjugado tiene tendencia apreciable a ceder un protón al agua:

$\mathrm{NH_4^+(ac)} + \mathrm{H_2O(l)} \rightleftharpoons \mathrm{NH_3(ac)} + \mathrm{H_3O^+(ac)}$

Esa hidrólisis genera $\mathrm{H_3O^+}$ y desplaza el equilibrio del agua, con lo que la disolución resulta $\textbf{ácida}$:

$\mathrm{pH} \ < \ 7$

La constante que rige esa hidrólisis se obtiene de la del amoníaco:

$K_a(\mathrm{NH_4^+}) = \dfrac{K_w}{K_b(\mathrm{NH_3})} = \dfrac{1{,}0 \cdot 10^{-14}}{1{,}8 \cdot 10^{-5}} = 5{,}6 \cdot 10^{-10}$

Es un valor pequeño, así que la acidez es moderada: la regla general es que una sal de ácido fuerte y base débil da disolución ácida, pero no fuertemente ácida.

$\textbf{2.2. Los elementos A, B, C y D tienen números atómicos 19, 16, 1 y 9, respectivamente. Razone qué compuestos se formarán entre B y C y entre D y A indicando el tipo de enlace. (1 punto)}$

Se escriben primero las configuraciones electrónicas para identificarlos y situarlos en la tabla:

$A\ (Z = 19): \ [\mathrm{Ar}]\,4s^1$ — el $\textbf{potasio}$, metal alcalino.

$B\ (Z = 16): \ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^4$ — el $\textbf{azufre}$, no metal del grupo 16.

$C\ (Z = 1): \ 1s^1$ — el $\textbf{hidrógeno}$.

$D\ (Z = 9): \ 1s^2\,2s^2\,2p^5$ — el $\textbf{flúor}$, halógeno.

$\textbf{Compuesto entre B y C}$, azufre e hidrógeno.

Los dos son no metales y su diferencia de electronegatividad es pequeña (2,6 frente a 2,2), así que ninguno puede arrancarle el electrón al otro: $\textbf{comparten}$ electrones y el enlace es $\textbf{covalente}$.

Al azufre le faltan dos electrones para el octeto y a cada hidrógeno uno, de modo que hacen falta dos hidrógenos:

$\mathrm{H_2S}$ — sulfuro de hidrógeno

$\textbf{Compuesto entre D y A}$, flúor y potasio.

El potasio es un metal alcalino, con la energía de ionización más baja de su periodo, y el flúor el elemento más electronegativo de la tabla. La diferencia de electronegatividad es enorme (0,8 frente a 4,0), de modo que hay $\textbf{transferencia}$ de un electrón y el enlace es $\textbf{iónico}$:

$\mathrm{K} \rightarrow \mathrm{K^+} + e^- \qquad \mathrm{F} + e^- \rightarrow \mathrm{F^-}$

Los dos iones adquieren así configuración de gas noble, la del argón y la del neón respectivamente. Como las cargas son $+1$ y $-1$, la proporción es 1:1:

$\mathrm{KF}$ — fluoruro de potasio

Esa fórmula no representa una molécula, sino la proporción mínima de iones en una red cristalina tridimensional.