Ejercicio resuelto de Ácido-Base · Química · La Rioja · 2022

a) Escriba el/los equilibrio/s ácido-base que se podría/n establecer entre cada una de las siguientes especies y agua (0,3 puntos por apartado):

i) $\text{HS}^-$ ii) $\text{SO}_3^{2-}$ iii) $\text{CH}_2\text{ClCOOH}$ iv) $\text{H}_2\text{PO}_4^-$ v) $\text{ClO}_4^-$

b) Los valores de $\text{p}K_a$ de dos ácidos monopróticos HA y HB son 5,9 y 8,1, respectivamente. ¿Cuál de los dos ácidos es el más fuerte? (0,5 puntos)

$\textbf{a) Escriba el/los equilibrio/s ácido-base que se podría/n establecer entre cada una de las siguientes especies y agua (0,3 puntos por apartado):}$

Según Brönsted-Lowry, un ácido cede protones y una base los capta. Lo que hay que preguntarse en cada caso es si la especie tiene hidrógenos que pueda ceder, si tiene pares libres o carga negativa para captarlos, o las dos cosas a la vez, en cuyo caso es anfótera.

$\textbf{i)}$ $\mathrm{HS^-}$ es $\textbf{anfótero}$: conserva un hidrógeno y además es un anión, de modo que puede actuar en los dos sentidos.

$\mathrm{HS^-} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{S^{2-}} + \mathrm{H_3O^+}$ (como ácido)

$\mathrm{HS^-} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{H_2S} + \mathrm{OH^-}$ (como base)

$\textbf{ii)}$ $\mathrm{SO_3^{2-}}$ no tiene hidrógenos que ceder, así que solo puede actuar como $\textbf{base}$. Es la base conjugada del ion hidrogenosulfito.

$\mathrm{SO_3^{2-}} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{HSO_3^-} + \mathrm{OH^-}$

$\textbf{iii)}$ $\mathrm{CH_2ClCOOH}$, el ácido cloroetanoico, es un ácido carboxílico y actúa solo como $\textbf{ácido}$, cediendo el hidrógeno del grupo carboxilo (no los del carbono).

$\mathrm{CH_2ClCOOH} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{CH_2ClCOO^-} + \mathrm{H_3O^+}$

$\textbf{iv)}$ $\mathrm{H_2PO_4^-}$ es $\textbf{anfótero}$, como el primero: le quedan dos hidrógenos por ceder y, siendo un anión, puede recuperar el que perdió.

$\mathrm{H_2PO_4^-} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{HPO_4^{2-}} + \mathrm{H_3O^+}$ (como ácido)

$\mathrm{H_2PO_4^-} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{H_3PO_4} + \mathrm{OH^-}$ (como base)

$\textbf{v)}$ $\mathrm{ClO_4^-}$ $\textbf{no establece ningún equilibrio}$ apreciable. Es la base conjugada del ácido perclórico, que es uno de los ácidos más fuertes que existen, y la regla es que cuanto más fuerte es un ácido, más débil es su base conjugada. El perclorato es tan mala base que no capta protones del agua: se comporta como un ion espectador.

$\textbf{b) Los valores de pKa de dos ácidos monopróticos HA y HB son 5,9 y 8,1, respectivamente. ¿Cuál de los dos ácidos es el más fuerte? (0,5 puntos)}$

El más fuerte es el $\textbf{HA}$, el de menor $\mathrm{p}K_a$.

El razonamiento está en la propia definición: $\mathrm{p}K_a = -\log K_a$, de modo que el logaritmo cambia el sentido de la comparación y un $\mathrm{p}K_a$ pequeño corresponde a una $K_a$ grande, es decir, a un ácido que se disocia más.

$K_a(\mathrm{HA}) = 10^{-5{,}9} = 1{,}26\cdot 10^{-6}$

$K_a(\mathrm{HB}) = 10^{-8{,}1} = 7{,}94\cdot 10^{-9}$

La diferencia de 2,2 unidades de $\mathrm{p}K_a$ significa que HA es unas 160 veces más fuerte que HB. Y, en consecuencia, la base conjugada del segundo, $\mathrm{B^-}$, es la más fuerte de las dos.