Autoprotólisis
La autoprotólisis es un proceso de autoionización homofásico , un proceso reversible de transferencia de protones de una molécula líquida neutra a otra y la formación de un número igual de cationes y aniones como resultado.
La autoprotólisis como interacción ácido-base
El concepto de autoprotólisis se deriva de la teoría de protones de ácidos y bases de Brønsted - Lowry . En él, el concepto de ácidos y bases se combinó en un todo único, manifestado en la interacción ácido-base. La esencia de la interacción ácido-base de Brönsted-Lowry es la transferencia de un protón de un ácido a una base. Al mismo tiempo, dos pares de ácidos y bases conjugados ( protolitos ) están involucrados en cualquier interacción ácido-base:
Los solventes que son protolitos de solutos se llaman solventes próticos . Estos incluyen agua H 2 O, amoníaco NH 3 , fluoruro de hidrógeno HF, ácido acético CH 3 COOH, etc. La propiedad principal de todos los solventes próticos es la capacidad de autoprotólisis de sus moléculas: cada solvente prótico es un anfolito con respecto a sí mismo [ 1] .
La reacción de autoprotólisis generalmente corresponde a la ecuación:
En este caso, el llamado lionio ( catión solvente ) H 2 L + (ácido del par conjugado H 2 L + / HL) y liat ( anión solvente ) L - (base del par conjugado HL / L - ) [ 1] se forman . Entonces, para el agua, la autoprotólisis procede con la formación de cationes de hidroxonio H 3 O + e iones de hidróxido, OH - ):
Este equilibrio se denomina equilibrio de autoprotólisis del agua .
La autoprotólisis es característica no solo del agua, sino también de muchos otros disolventes próticos cuyas moléculas están unidas por puentes de hidrógeno , como el amoníaco , el metanol y el fluoruro de hidrógeno :
Constante de autoprotolisis
La aplicación de la ley de acción de masas a la reacción homofásica de equilibrio de la autoprotólisis permite obtener una característica cuantitativa: la constante de autoprotólisis (de lo contrario , el producto iónico ) del solvente K S . El término " constante de autoprotólisis " se suele utilizar en la teoría protolítica , y " producto iónico " en la teoría de la disociación electrolítica [2] .
Para el solvente prótico HL, la constante de equilibrio correspondiente se puede escribir:
![{\displaystyle {\mathsf {K_{c}={\frac {[L^{-}]\cdot [H_{2}L^{+}]}{[HL]^{2))}=const= pie)}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/00310b115e2ef4d85668654efd43b76ce763a5f2)
El grado de protólisis es muy bajo y, por tanto, la concentración molar de equilibrio de las moléculas de disolvente no protolizado [HL] es prácticamente igual a la concentración inicial de este disolvente C HL , es decir, es constante.
Combinando las constantes K c y [HL] 2 en una constante K c · [HL] 2 y denotándola como K s , obtenemos la expresión:
![{\displaystyle {\mathsf {K_{s}={[L^{-}]\cdot [H_{2}L^{+}]}=const=f(T)))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/42c08bd9e29fe8c0cc63bb79752de27b6ceb2ad5)
El valor de Ks, la constante de autoprotólisis o el producto iónico del solvente, sirve como una característica cuantitativa de la reacción de autoprotólisis de un solvente dado. La constante de autoprotólisis es un valor constante para una temperatura dada y un solvente dado .
Por ejemplo, para el ácido acético:
Dado que los valores de las constantes de autoprotólisis son muy pequeños, en la práctica, por conveniencia, se utiliza un valor, que se denomina " índice de constante de autoprotólisis ". Se calcula como el logaritmo decimal negativo de la constante de autoprotólisis:
Los indicadores de las constantes de autoprotólisis de algunos solventes se dan en la tabla [3] .
| Solvente | pKs_ _ |
|---|---|
| Dimetilsulfóxido | 33.3 |
| Amoníaco (líquido) | 32.5 |
| acetonitrilo | 32.2 |
| Metiletilcetona | 25.7 |
| hidracina | 24.7 |
| alcohol terc-butílico | 22.8 |
| alcohol isoamílico | 21.4 |
| Acetona (forma enol) | 21.1 |
| Ácido acético (anhidro) | 12.6 |
| Agua | 14.0 |
| Fluoruro de hidrógeno | 10.0 |
| Ácido fórmico | 6.30 |
| Ácido sulfurico | 5.0 |
Autoprotólisis del agua
La más importante es la autoprotólisis del agua. La constante de autoprotólisis del agua suele denominarse producto iónico del agua y se denota como . El producto iónico es numéricamente igual al producto de las concentraciones de equilibrio de iones hidronio y aniones hidróxido. Generalmente se utiliza una notación simplificada:
![{\displaystyle {\mathsf {K_{w}=[H^{+}]\cdot [OH^{-}]}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8d06ca06b08748b7ab53847830468d4580312114)
En condiciones estándar, el producto iónico del agua es 10 −14 . Es constante no solo para agua pura, sino también para soluciones acuosas diluidas de sustancias. La autoprotólisis del agua explica por qué el agua pura, aunque mala, todavía conduce la electricidad.
Sobre la base del producto iónico del agua, el valor de pH y la constante de hidrólisis de la sal, se calcula la constante de solvatación ( producto de solubilidad ), las características más importantes de los procesos de equilibrio en soluciones electrolíticas.
Literatura
- Ugay Ya. A. Química general e inorgánica. - Moscú: Escuela Superior, 1997. - 527 p.
- Akhmetov N. S. Química general e inorgánica. - Moscú: Escuela Superior, 2001. - S. 209. - 743 p. — ISBN 5-06-003363-5 .
Véase también
Notas
- ↑ 1 2 Disolventes próticos y su autoprotólisis Archivado el 19 de junio de 2011 en Wayback Machine / Equilibrios protolíticos. Autores: Prof. R. A. Lidin, prof. L. Yu. Alikberova. Bajo la dirección general del prof. B. D. Stepina. Caja de herramientas. - M., MITO, 2001
- ↑ Constante de autoprotólisis (producto iónico) Copia de archivo del 2 de octubre de 2011 en Wayback Machine / Zhukov S. T. Chemistry. 10-11 clase.
- ↑ Indicadores de constantes de autoprotólisis pK s y permitividades ε de algunos solventes no acuosos . - tabla de referencia. Consultado el 28 de agosto de 2011. Archivado desde el original el 19 de enero de 2013.
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