Ejercicio resuelto de Teoría Brönsted-Lowry · Química · 2021

a) Clasifique en ácidos y bases, según la teoría de Brönsted-Lowry, las siguientes especies químicas: $\text{PO}_4^{3-}$, $\text{NH}_4^+$ y $\text{F}^-$, escribiendo la reacción que tiene lugar al disolverlas en agua. Indique el par conjugado en cada caso. (1,2 puntos)

b) Razone sobre la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones (0,4 puntos por apartado):

i) Un ácido débil es aquel ácido cuyas disoluciones son diluidas.

ii) La disociación de una base fuerte en una disolución diluida es prácticamente total.

$\textbf{a) Clasifique en ácidos y bases, según la teoría de Brönsted-Lowry, las siguientes especies químicas: PO₄³⁻, NH₄⁺ y F⁻, escribiendo la reacción que tiene lugar al disolverlas en agua. Indique el par conjugado en cada caso. (1,2 puntos)}$

Según Brönsted-Lowry, un ácido cede protones y una base los capta; cada uno se transforma al hacerlo en su especie conjugada, que hace lo contrario.

$\textbf{PO}_4^{3-}$ — es una $\textbf{base}$. No tiene hidrógenos que ceder y su carga negativa triple lo hace muy ávido de protones; es la base conjugada del ion hidrogenofosfato.

$\mathrm{PO_4^{3-}} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{HPO_4^{2-}} + \mathrm{OH^-}$

Par conjugado: $\mathrm{HPO_4^{2-}/PO_4^{3-}}$. Su disolución es básica.

$\textbf{NH}_4^+$ — es un $\textbf{ácido}$. Tiene cuatro hidrógenos y puede ceder uno; es el ácido conjugado del amoníaco, que es una base débil.

$\mathrm{NH_4^+} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{NH_3} + \mathrm{H_3O^+}$

Par conjugado: $\mathrm{NH_4^+/NH_3}$. Su disolución es ácida.

$\textbf{F}^-$ — es una $\textbf{base}$. Es la base conjugada del ácido fluorhídrico, que es un ácido débil, de modo que capta protones de forma apreciable.

$\mathrm{F^-} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{HF} + \mathrm{OH^-}$

Par conjugado: $\mathrm{HF/F^-}$. Su disolución es básica.

En los tres casos el agua actúa como la contraparte: de ácido frente a las dos bases y de base frente al amonio. Es el ejemplo clásico de sustancia anfótera.

$\textbf{b) i) Un ácido débil es aquel ácido cuyas disoluciones son diluidas. (0,4 puntos)}$

$\textbf{Falsa}$. Se confunden dos conceptos que no tienen nada que ver.

$\textbf{Fuerte o débil}$ se refiere al grado de disociación del ácido, es decir, a qué fracción de sus moléculas cede el protón. Es una propiedad intrínseca de la sustancia, se mide con $K_a$ y no depende de cuánto ácido haya.

$\textbf{Concentrado o diluido}$ se refiere a cuántos moles de ácido hay por litro de disolución. Depende solo de cómo se haya preparado.

Los cuatro casos son posibles y frecuentes: el ácido acético del vinagre es un ácido $\textbf{débil}$ y bastante concentrado, mientras que el clorhídrico de una disolución $10^{-3}$ M es un ácido $\textbf{fuerte}$ y muy diluido.

$\textbf{b) ii) La disociación de una base fuerte en una disolución diluida es prácticamente total. (0,4 puntos)}$

$\textbf{Verdadera}$, aunque conviene matizar por qué.

Una base fuerte se disocia por completo sea cual sea su concentración; esa es precisamente la definición:

$\mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{Na^+} + \mathrm{OH^-}$

De hecho, la reacción se escribe con flecha simple porque no se establece ningún equilibrio apreciable, y su grado de disociación vale 1 tanto en disolución concentrada como diluida.

La afirmación es cierta también para las bases débiles, pero por otro motivo: en ellas sí hay equilibrio, y la ley de dilución de Ostwald dice que el grado de disociación aumenta al diluir. En una disolución muy diluida una base débil puede llegar a estar ampliamente disociada, aunque nunca de forma total como la fuerte.