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Ácidos y bases. Pares conjugados Opción B EBAU Andalucía junio 2017

Aplicando la teoría de Brönsted-Lowry, en disolución acuosa:
a) Razona si las especies NH_4^+ y S^{2-} son ácidos o bases.
b) Justifica cuáles son las bases conjugadas de los ácidos HCN y C_6H_5COOH.
c) Sabiendo que a 25 ºC las K_a del C_6H_5COOH y del HCN tienen valores de 6,4\cdot 10^{-5} y 4,9\cdot 10^{-10} respectivamente, ¿qué base conjugada será más fuerte? Justifica la respuesta.

SOLUCIÓN

Según la teoría de Brönsted-Lowry, un ácido es una sustancia capaz de ceder protones y una base es la sustancia que es capaz de aceptar protones.
a) Aplicamos las definiciones anteriores a cada especie:
\bf NH_4^+ + H_2O\ \rightleftharpoons\ NH_3 + H_3O^+
\bf S^{2-} + 2H_2O\ \rightleftharpoons\ H_2S + 2OH^-
Tal y como se puede ver, la especie NH_4^+ actúa como un ácido porque cede un protón al medio, mientras que la especie S^{2-} lo hace como base aceptando protones del medio.
Ambas especies son ácidos. Escribimos sus equilibrios en agua:

\bf HCN + H_2O\ \rightleftharpoons\ CN^- + H_3O^+

La base conjugada es el anión cianuro (\bf CN^-).

\bf C_6H_5COOH + H_2O\ \rightleftharpoons\ C_6H_5COO^- + H_3O^+

La base conjugada es el anión benzoato (\bf C_6H_5COO^-).
c) Debemos saber que los pares son conjugados porque cuanto más fuerte es el carácter de una sustancia más débil es el carácter contrario de su conjugado. Vamos a justificarlo a partir de los valores de las constantes de basicidad que nos facilitan. El producto de las constantes de acidez y basicidad del par conjugado es igual al producto iónico del agua: K_a\cdot K_b = 10^{-14}

K_b(C_6H_5COO^-) = \frac{10^{-14}}{6,4\cdot 10^{-5}} = \bf 1,56\cdot 10^{-10}

K_b(CN^-) = \frac{10^{-14}}{4,9\cdot 10^{-10}} = \bf 2,04\cdot 10^{-5}


Será más fuerte el cianuro (\bf CN^-), tal y como habíamos predicho.

 

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