Ejercicio resuelto de Teoría Brönsted-Lowry · Química · 2021

Se tienen las siguientes especies: ${\text{HCO}}_3^{-}$, ${\text{NH}}_3$, ${\text{CH}}_3-\text{COOH}$, ${\text{HPO}}_4^{2-}$.

a) Escriba la reacción (o reacciones) de las cuatro especies con el agua. [1,0 punto]

b) Indique qué especies tienen carácter ácido, básico o anfótero. [1,0 punto]

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{(o}}\mathbf{\text{reacciones)}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{cuatro}}\mathbf{\text{especies}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{agua.}}\mathbf{\text{[1,0}}\mathbf{\text{punto]}}$

Según la teoría de Brønsted y Lowry, un ácido cede protones y una base los capta. El agua puede hacer ambas cosas, así que basta ver qué le conviene a cada especie: si tiene hidrógenos que ceder, si es la conjugada de un ácido débil, o las dos cosas a la vez.

$\mathbf{\text{Hidrogenocarbonato}}$. Tiene un hidrógeno que ceder y es además la base conjugada del ácido carbónico, que es débil. Es $\mathbf{\text{anf}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{tero}}$ y por eso presenta dos reacciones:

$\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3^{-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons \mathrm{C}{\mathrm{O}}_3^{2-}+{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}\text{(como }\acute{\text{a}}\text{cido)}$

$\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3^{-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons {\mathrm{H}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}\text{(como base)}$

$\mathbf{\text{Amon}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{aco}}$. No tiene ningún hidrógeno ácido que ceder, pero sí un par de electrones no enlazante sobre el nitrógeno con el que captar un protón:

$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons \mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$

$\acute{\mathbf{\text{A}}}\mathbf{\text{cido}}\mathbf{\text{ac}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tico}}$. Cede el hidrógeno de su grupo carboxilo, y solo ese: los tres del grupo metilo no son ácidos.

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\text{-}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons \mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\text{-}\mathrm{C}\mathrm{O}{\mathrm{O}}^{-}+{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}$

$\mathbf{\text{Hidrogenofosfato}}$. Como el hidrogenocarbonato, tiene un hidrógeno que ceder y es la conjugada de un ácido débil. También es $\mathbf{\text{anf}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{tero}}$:

$\mathrm{H}\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4^{2-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons \mathrm{P}{\mathrm{O}}_4^{3-}+{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}\text{(como }\acute{\text{a}}\text{cido)}$

$\mathrm{H}\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4^{2-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons {\mathrm{H}}_2\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4^{-}+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}\text{(como base)}$

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{especies}}\mathbf{\text{tienen}}\mathbf{\text{car}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cter}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido,}}\mathbf{\text{b}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{sico}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{anf}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{tero.}}\mathbf{\text{[1,0}}\mathbf{\text{punto]}}$

Especie	Carácter $\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3^{-}$	anfótero: puede ceder y captar protones $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$	básico: capta protones y genera $\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$ $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\text{-}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}$	ácido: cede protones y genera ${\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}$ $\mathrm{H}\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4^{2-}$	anfótero: puede ceder y captar protones

Una precisión sobre los anfóteros: que puedan actuar de las dos maneras no significa que su disolución sea neutra. El carácter final lo decide cuál de las dos constantes es mayor. En los dos casos de aquí predomina el comportamiento básico, de modo que tanto una disolución de bicarbonato de sodio como una de hidrogenofosfato de sodio resultan básicas. Es lo que hace del bicarbonato un antiácido de uso común.

El agua, por cierto, es el ejemplo canónico de sustancia anfótera: reacciona consigo misma en el equilibrio de autoionización, actuando de ácido una molécula y de base la otra.