UNIVERSIDAD INTERAMERICANA DE PUERTO RICO RECINTO DE BAYAMÓN Math and Science Partnership for the 21st Century Elementary and Middle School MSP-21 VERANO DE ENRIQUECIMIENTO JUNIO 2015 BOSQUEJO DE LA ACTIVIDAD TÍTULO:

SOLUCIONES ACUOSAS Y SUS PROPIEDADES ACIDEZ, ALCALINIDAD Y EL AGUA

NIVEL:

Superior: 9no a 12mo grado

PROFESORES: Gilda Díaz (Ciencias) Introducción En este taller los participantes van a utilizar la etiqueta de un producto comercial para obtener información que les permite clasificar la sustancia como pura o como mezcla. Se les dirigirá en la interpretación de formas más comunes de expresar la concentración de una mezcla. Evaluarán las propiedades de una mezcla, entre ellas la acidez. En la segunda parte del taller, los participantes trabajarán con manipulativos para entender la relación que existe entre las moléculas de agua y los conceptos de neutralidad, acidez y alcalinidad. Se demostrará el por qué se relaciona una sustancias ácida con el ion H+ y una sustancia alcalina con el ion OH-, y el criterio que se utiliza para determinar si una mezcla es ácida, básica o neutra. Los participantes tendrán una exposición a la escala de pH, utilizada para cuantificar la concentración del ion H+ en una mezcla preparada en medio acuoso. Se iyo; pH con papel especializado y con un instrumento. Los participantes medirán el pH de mezclas de agua y tierra comercial para determinar la acidez de la misma.

Mediante la actividad, se espera que los estudiantes: 1. Interprete la información correspondiente a las propiedades físicas de una sustancia o mezcla. 2. Identifique el disolvente y soluto(s) en una solución. 3. Identifique e interprete las unidades de concentración de % por masa, % por volumen y ppm para soluciones acuosas. 4. Calcule las concentraciones resultantes de la dilución secuencial de una solución madre. 5. Reconozca que la molécula de agua contiene hidrógeno y oxígeno 6. Entienda la relación que existe entre las moléculas de agua y los iones de H+1 y OH-1. 7. Asocie los términos ácido, básico (alcalino) y neutro con la concentración de H+1 y OH-1 presente en una solución acuosa. 8. Determine cualitativa y cuantitativamente el nivel de acidez o alcalinidad de una solución utilizando medios como papel de pH e indicadores ácido-base. 9. Calcule concentración del ion de hidrógeno a partir del pH.

ESTANDARES/ INDICACORES CIENCIAS EI.F.CF1.EM.8 Analiza las propiedades generales de los ácidos y las bases (sustancias alcalinas) y las aplica en la determinación cualitativa del pH de distintos materiales (mezclas y sustancias) como medio para clasificarlas como ácidas o alcalinas, así como proveer ejemplos de sus usos y aplicaciones en las ciencias y la vida cotidiana. Ejemplos pueden ser el uso de antiácidos para controlar el pH del jugo gástrico, el pH de las piscinas, lluvia ácida, productos de higiene y limpieza. ES.Q.CF1.EM.21 Describe el sistema de clasificación de la materia a base de sus propiedades características (materiales homogéneos y heterogéneos, sustancias, mezclas, soluciones, etc.) y lo aplica para explicar el comportamiento de la misma. ES.Q.CF1.EM.23 Analiza las propiedades de las soluciones a base de las propiedades de sus componentes. Ejemplos incluyen soluto y disolvente, tipos de soluciones (líquido-sólido, líquido-gas, etc.), concentración de las soluciones (diluida, saturada y sobresaturada), factores que afectan la solubilidad, curvas de solubilidad, propiedades coligativas, proceso de solvatación y fuerzas entre el soluto y disolvente.

MATEMÁTICAS NUMERACIÓN Y OPERACIÓN 7. N.1.3 Lee, escribe y compara números racionales en notación científica mediante el uso de potencias de 10 con números enteros (positivos y negativos) e interpreta las aplicaciones de la notación científica en contextos variados que incluyen formatos en instrumentos tecnológicos. 8.N.1.3 Realiza operaciones con números expresados en notación científica, incluidos problemas en los que se usa tanto la notación decimal como la científica. Usa la notación científica y escoge unidades de tamaño adecuado para medir cantidades muy grandes o muy pequeñas (ejemplo: Usar milímetros por año para expresar la expansión del suelo del mar). Interpreta la notación científica producida por la tecnología (ejemplo: megabits y años luz, entre otros). ES.N.7.1 Realiza operaciones básicas con logaritmos naturales y comunes. ES.N.7.2 Aplica las propiedades de los logaritmos [log xy = log x + log y; log (xy) = log x – log y, log(xa) = a log (x)]. ALGEBRA 8. A.6.1 Reconoce y aplica las propiedades de los exponentes enteros y racionales para formar expresiones numéricas equivalentes (Ejemplo: z2 × z–5 = z–3 = 1/z3).

ACTIVIDAD 1

PROPIEDADES DE LA MATERIA

MATERIAL: Etiqueta de un producto comercial, como vinagre blanco.

1 2

3 4

Interpreta las propiedades del vinagre blanco utilizando la información de la etiqueta. Selecciona la contestación correcta, e indica la información que lo confirma. A. El vinagre blanco es (un elemento, un compuesto, una mezcla). Evidencia: B. El vinagre blanco es una (una sustancia líquida, un solución acuosa) Evidencia: C. El vinagre blanco es una (mezcla homogénea, mezcla heterogéneo, sustancia pura) Evidencia: D. De acuerdo al punto (1, 2, 3, 4) una propiedad importante del vinagre blanco es que es (acido, alcalino, neutro) E. La concentración del ingrediente activo del vinagre blanco es _____________.

ACTIVIDAD 2

SOLUCIONES

A. PROPIEDADES El vinagre blanco es una mezcla homogénea de ácido acético (CH3-COOH) en agua. Esto significa que el vinagre blanco es una solución acuosa. El soluto de esta mezcla es (ácido acético, agua) porque se encuentra en menor cantidad, y está disuelto en (ácido acético, agua) que se encuentra en mayor cantidad. Tabla 1: Propiedades de la mezcla y sus componentes

Propiedad Punto de congelación Punto de ebullición Estado a 25ºC Fuerzas intermoleculares Acidez Densidad, g/mL *Punto

Acido acético CH3-COOH 17ºC 118 ºC

Agua H2O 0.0ºC 100 ºC

Vinagre blanco CH3-COOH, H2O -1.6* 100.5*

Polar

Polar

Polar

Ácido

Levemente acido a neutro 1.0

Ácido

1.05

1.01

de congelación y de ebullición de vinagre blanco calculados o teóricos.

Utiliza la información dada en la Tabla 1 para determinar en qué estado se encuentran el soluto y el disolvente a temperatura de salón. Luego selecciona de las opciones dadas el tipo de mezcla que es vinagre: ___sólido en sólido

___ sólido en líquido

___gas en líquido

___líquido en líquido

En una mezcla los componentes mantienen su composición química, pero las propiedades de la mezcla tiene algo de cada uno de ellos.  La etiqueta del vinagre blanco indica que tiene 5% de acidez. Esta propiedad le pertenece al (agua, ácido acético). 

El punto de ebullición y el punto de congelación se parecen más al de (agua, ácido acético). Observa que estas propiedades de la solución cambian levemente con respecto al valor correspondiente al (soluto, disolvente). No es un promedio los valores de la tabla.



Cuando se forma una mezcla homogénea, las fuerzas intermoleculares entre el soluto y disolvente tiene que ser similares. La regla general es “igual disuelve igual”. ¿Cómo se cumple esta regla en el vinagre blanco?

B. UNIDADES DE CONCENTRACIÓN La concentración es la cantidad de soluto disuelto en cierta cantidad de solución (disolución). Establece la razón de cantidad de soluto/cantidad de solución. La etiqueta del vinagre blanco indica la concentración es 5% de acidez. La acidez hace referencia a la cantidad de ácido acético, CH3COOH, presente en esa solución. La concentración de ácido acético en vinagre está expresada en % por masa. Estudia y completa la tabla: Unidad de concentración

Cantidad de soluto

Cantidad de solución

Porcentaje por masa 5 % en ácido acético

Unidad de masa 5 g de ácido acético

Unidad de masa 100 g de solución

Cantidad de disolvente Unidad de masa 95 g de agua

5 % en ácido acético 38 % ácido acético

5 Kg de ácido acético

100 Kg de solución

95 Kg de agua

𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝐴 𝑥 100 = %𝐴, 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 4 gramos de glucosa

80 gramos de solución

La concentración de la solución se puede expresar con otras unidades: Porcentaje, por volumen Unidad de concentración

Cantidad de soluto

Cantidad de solución

Cantidad de disolvente

Porcentaje por volumen Unidad de volumen Unidad de volumen Unidad de volumen 12 % alcohol por vol 12 mL alcohol 100 mL de solución 88 mL de agua 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝐴 𝑥 100 = %𝐴, 𝑝𝑜𝑟 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 25 L de alcohol % ácido acético, por volumen

1000 L de solución

Partes por millón Unidad de concentración

Cantidad de soluto

Cantidad de solución

Partes por millón , ppm 350 ppm de CO2 en aire

Unidad de volumen 350 L de CO2

Unidad de volumen 1,000,000 L de aire

CUANDO TENEMOS MUESTRAS DE GAS O EL SOLUTO NO ES AGUA 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝐴 𝑥 1000000 = 𝑝𝑝𝑚 𝐴, 𝑝𝑜𝑟 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 CUANDO AGUAS ES DISOLVENTE (SOLUCION ACUOSA)

𝑚𝑖𝑙𝑖𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝐴 = 𝑝𝑝𝑚 𝐴 𝐿 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 500 ppm nitrito en agua de pecera ppm acido acético

Concentracion molar (Molaridad) Unidad de concentración

Molaridad, M 2.0 molar en CO2

Cantidad de soluto

Cantidad de solución

Moles de soluto 2.0 mol en CO2

Volumen, en L 1 litro de solución

𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐴 = 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑒𝑛 𝐴 𝐿 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛

LOS MOLES CORRESPONDEN A UNA FORMA DE AGRUPAR 1 mol = 6 x 1023 átomos, moléculas, iones La masa de un mol es la MASA MOLAR La masa molar de CH3-COOH es 60g/mol Molar en ácido acético

Cómputo de la masa molar de CH3COOH:

ACTIVIDAD 3

LA NOTACIÓN CIENTÍFICA Y OPERACIONES LOGARITMICAS

Notación científica Sistema de escritura de números que utiliza la multiplicación y las potencias de diez. Número de la forma a x 10n, donde 1 < a < 10 y n es un número entero. Ejemplos: 95,700 = 9.57 x 104, 0.000024 = 2.4 x 10-5 Completa la tabla:

Frecuencia longitud volumen masa concentración tiempo

Medida

Notación Científica

9,680,000 hertz

9.68 x 106 Hz

0.0054 L

5.4 x10-3 L

Unidad con prefijo del Sistema internacional 9.68 MHz 5.4 mL 65.3 Kg

(1.5 x10-3g)/L 0.00000044 s 0.44 x 10-6 s 0.44 micro 4.4 x10-7 s segundo 65.3 Kg= 65.3 x 103g (no está en notación científica, pero debe escribirse así para encontrar un prefijo.) En notación científica seria 6.53 x 104g (6.53 x10) x 103 g Prefijos del Sistema Internacional (SI)

http://www.disfrutalasmatematicas.com/medida/sistema-metrico.html

ALGEBRA 8. A.6.1 Reconoce y aplica las propiedades de los exponentes enteros y racionales para formar expresiones numéricas equivalentes (Ejemplo: z2 × z–5 = z–3 = 1/z3).

Anotaciones 2

10 g x 8 mg

Para sumar o restar, el exponente base 10 y la unidad deben la igual.

Medida 5 x 102 g x 8 mg

1.5 cm

+

1.3 mm

Propiedad (5 x 102g)(8 x 10-3g)

Resultado 40 x 10-1g

(5 x 8) x102+(-3)

40/10 g= 4 g

15 mm

16.3 mm

+ 1.3 mm

(1.5x10-2 m) + (1.3 x10-3m) (15x10-3m) + (1.5x10-3m)

(16.3 x10-3m)

[H+1] = 1.0 x 10-5 M

[H+1] = (1.0 /105) M

[H+1] = 0.00001 M

[H+1] = 1.0 x 10-5 M

1/[ H+1]= 1/(1.0 /10 -5)

1/[ H+1]

10-1= 1/10

= 1.0 x 105/M

Logaritmo:

El logaritmo de un número, respecto de otro llamado base, es el exponente a que hay que elevar la base para obtener dicho número. (DE) log10 representa Logaritmo base 10 log10 X es igual a la potencia o exponente a la que se eleva 10 para que sea igual a X. log10 (𝑀𝑁) = log10 𝑀 + log10 𝑁 log10 (𝑀𝑁) = log10 − log10 𝑁 log10 𝑀𝑟 = 𝑟 log10 𝑀

Antilogaritmo Si log x = a, entonces x se denomina "antilogaritmo de a", y su abreviatura es antilog a. Función exponencial: Una función exponencial con base b es una función de la forma f(x) = bx donde b y x son números reales tal que b > 0 y b es diferente de uno. El dominio es el conjunto de todos los números reales y el recorrido es el conjunto de todos los números reales positivos. (DE)

Aplicación de las potencias de 10 en el laboratorio: Preparación de soluciones con diferente concentración de ácido acético en vinagre utilizando dilución secuencial. Materiales Vinagre blanco (solución madre) Probeta de 10 mL o jeringuilla de 12 mL 5 envases pequeños Sharpie para rotular Procedimiento: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.

Rotule su solución de vinagre blanco como solución 1, con la concentración correspondiente. Mida 1 mL de vinagre blanco (solución madre) en la probeta de 10 mL. Complete los 10 mL con agua. Mezcle bien y transfiera a un envase. Calcule la concentración de esta solución utilizando la concentración inicial y el factor de dilución. Rotule como solución 2. Mida 1 mL de solución 2 en la probeta de 10 mL. Complete los 10 mL con agua. Mezcle bien y transfiera a un envase. Calcule la concentración de esta solución utilizando la concentración 2 y el factor de dilución. Rotule como solución 3. Mida 1 mL de solución 3 en la probeta de 10 mL. Complete los 10 mL con agua. Mezcle bien y transfiera a un envase. Calcule la concentración de esta solución utilizando la concentración 2 y el factor de dilución. Rotule como solución 4. Complete la tabla a continuación. No descarte las soluciones.

Tabla de datos y cómputos. Exprese las concentraciones en notación científica.

# de Solución

% , por masa

% , por volumen

ppm

Molaridad

1 2 3 4 Utiliza los datos obtenidos para completar la tabla. Utiliza la concentración molar.

Solución

Factor de dilución con respecto a la solución anterior

Concentración En notación científica

Factor de dilución con respecto a la solución original

1 2 3 4

El factor de dilución en esta actividad es:

¿Cómo se refleja en la notación científica cada dilución que se realiza con respecto a la concentración original?

ACTIVIDAD 4

LA DISOCIACIÓN DE AGUA

Objetivos específicos

Materiales       

Modelos moleculares Vasos de 400 mL Agua Soluciones preparadas por dilución secuencial Productos caseros Papel de pH Otras formas de medir pH

Trasfondo Agua, el disolvente universal, se compone de átomos de dos elementos: hidrógeno (H) y oxígeno (O). Al estudiar un modelo molecular de esferas y barras representando la molécula de agua, y traducir la misma a su correspondiente fórmula estructural y fórmula molecular, se puede establecer una razón entre átomos: 2 átomos de H: 1 átomo de oxígeno.

La molécula de agua tiene la capacidad de separarse en iones o partículas con carga. Un hidrógeno en la molécula cede su único electrón al oxígeno, pasando a las formas de ion de H+ e ion de OH-.

Tanto las moléculas como los iones son partículas tan pequeñas que para medirlas es necesario agruparlas en lo que se define como un mol. Este concepto es similar a lo que comúnmente hacemos cuando agrupamos objetos en una docena, centenas, etc. 12 objetos = 1 docena 6 x 1023 partículas (atomos, moleculas, iones...) = 1 mol 6 x 1023 iones de H+1 = 1 mol de H+1 6 x 1023 iones de OH-1 = 1 mol de OH-1

La cantidad de iones de H+ presentes en cierto volumen de agua o de solución se conoce como la concentración de H+1. Si la cantidad de iones está expresada en mol del ion, y el volumen se mide en litros (L), entonces tenemos concentración molar del ion en consideración, representada con una M. Concentracion molar de H+1 = mol H+1 / litro Concentracion molar de OH-1 = mol OH-1 / litro Cuando trabajamos con la concentración molar de un ion X, es común representar esa concentración con el símbolo [X], sustituyendo la X con el símbolo del ion bajo consideración. [H+1] = concentración molar de mol H+1 [OH-1] = concentración molar de mol OH-1 El proceso por el cual agua se separa en iones de H+1 y OH-1 se le conoce como disociación de las moléculas de agua. Es un proceso reversible, o sea, que el agua se disocia formando los iones antes mencionados. A su vez los iones de H+ y OH-1 se unen (asocian) para formar agua. La reversibilidad de este proceso se representa con flechas paralelas, con cabezas en dirección opuesta. ( ). El uso de este símbolo nos indica que la rapidez de disociación de la molécula es igual a la rapidez de asociación de los iones de hidrógeno e hidróxido, por lo que el sistema se encuentra en equilibrio.

Cuando un sistema como el de agua alcanza equilibrio con sus iones, la concentración molar de los iones, [H+1] y [OH-1], no cambia con respecto al tiempo. Podemos expresar esta relación con una ecuación matemática: (Concentración molar de H+1)(Concentración molar de OH-1) = constante [H+1] [OH-1] = constante de disociación Los científicos han determinado el valor numérico de la constante de disociación de agua a temperatura de ambiente, o sea, 25°C. Constante de disociación = 1 x 10-14 [H+1 ] [OH-1] = 1 x 10-14 La constante de disociación tiene un valor muy pequeño porque son muy pocas las moléculas de agua que se disocian.

Si utilizamos el modelo matemático, y el hecho de que al disociarse un mol de agua, H2O, produce un mol de H+1 y un mol de OH-1, podemos decir que en un litro de agua:

Concentración molar de H+1 = la concentración molar de OH-1 [H+1] = [OH-1] Es posible calcular la [H+1] y [OH-1] si hacemos una sustitución en la ecuación correspondiente al equilibrio de disociación: Como [H+1] [OH-1] = 1 x 10-14

y en este caso [H+1] = [OH-1], entonces [H+1] [H+1] = [H+1]2 = 1 x 10-14

Agua pura se define como una sustancia neutra porque en ella se cumple el siguiente criterio: [H+1 ] = [OH-1] [H+1 ] = 1 x 10-7 M y [OH-1] = 1 x 10-7 M [H+1 ] = [OH-1] = 1 x 10-7 M Es posible cambiar la concentración del ion de H+1, cuando se disuelven ciertas sustancias en agua, para formar una solución acuosa. De acuerdo al científico sueco Svante Arrhenius los ácidos son compuestos que contienen hidrógeno y que, disueltos en agua, producen una concentración de iones hidrógeno, [H+1], mayor que la existente en el agua pura. Del mismo modo, Arrhenius definió una base (álcali) como una sustancia que disuelta en agua aumenta la concentración de iones hidróxido, [OH-]. ¿Qué determina si una solución es ácida, básica o neutra? La concentración de H+1 comparada a la concentración de OH-1 en la solución. [H+] = [OH-]

neutro

[H+] > [OH-]

ácido

[H+] < [OH-]

básico o alcalino

¿Es posible cuantificar cuán ácida o alcalina es una solución? Si, es posible, ya que cuando agua es el disolvente, y la solución está a temperatura ambiente, se obedece el modelo [H+1 ] [OH-1] = 1 x 10-14

[H+] = 1 x 10-7 M [H+] < 1 x 10-7 M [H+] > 1 x 10-7 M

[OH-] = 1 x 10-7 M [OH-] > 1 x 10-7 M [OH-] < 1 x 10-7 M

solución neutral solución ácida solución básica (alcalina)

Normalmente la concentración de H+1 y de OH-1 corresponden a cantidades tan pequeñas que es necesario expresarlas en notación científica o potenciación con base 10. La comunidad científica suele expresar concentraciones de esta magnitud en términos de una expresión logarítmica que llaman función p. El valor p es el logaritmo negativo (base 10) de la concentración molar de una especie X.

pX  log

1 [X ]

Normalmente expresamos la acidez de una solución en términos de su pH, donde

pH  log

1 [ H 1 ]

Por ejemplo, en una solución neutra [H+] = 1 x 10-7 M = 10-7 M, por lo que el pH de la solución es

pH  log

1 = 7.00 [107 ]

La escala del pH mide qué tan ácida o básica es una sustancia. Varía de 0 a 14. Un pH de 7 es neutro. Si el pH es inferior a 7 es ácido y si es superior a 7 es básico. Cada valor entero de pH por debajo de 7 es diez veces más ácido que el valor siguiente más alto. Por ejemplo, un pH de 3 es diez veces más ácido que un pH de 4 y 100 veces (10 veces 10) más ácido que un pH de 5. Lo mismo sucede con los valores de pH por encima de 7, cada uno de los cuales es diez veces más alcalino (otra manera de decir básico) que el siguiente valor entero más bajo. Por ejemplo, un pH de 11, es diez veces más alcalino que un pH de 10 . Cuando agua es el disolvente, la relación entre el pH y la acidez es la siguiente: pH = 7

[H+] = 1 x 10-7 M

solución neutral

pH < 7

[H+] > 1 x 10-7 M

solución ácida

pH > 7 [H+] < 1 x 10-7 M solución básica (alcalina) ¿Es posible medir el pH de un suelo? ¿Cómo interpreto el resultado? El pH de una solución se puede medir con un metro de pH, con papel de pH o se estima con una solución indicadora conocida como solución tornasol. Cuando conocemos el pH, podemos determinar la concentración de H+ si buscamos la forma exponencial de esta función logarítmica. Si pH  log

1 , entonces cuando conocemos el pH de una mezcla con agua, podemos [ H 1 ]

determinar la concentración de hidronio: [H+] = 10-pH

Trabajo de experimental: 1. Determine el pH de las soluciones preparadas por dilución secuencial utilizando papel de pH. 2. Anote los datos en la tabla y completa la misma. 3. Determine el pH de las soluciones utilizando el indicador hecho con col lombarda. 4. Determine el pH de una solución de bicarbonato de sodio. 5. Determine el pH de una mezcla de 1 mL de la solución de bicarbonato de sodio con 1 mL de vinagre. 6. Determine el pH de aceite de bebé. Tabla de datos y resultados: Solución

Método de determinar pH

pH

agua

P pH CL P pH CL P pH CL P pH CL P pH CL P pH CL Indicador de col lombarda

7 7 2 2 3 3 4 4 5, 6 5,6 6, 7

Solución 1 Solución 1 Solución 2 Solución 2 Solución 3 Solución 3 Solucion 4 Solución 4 Solucion 5 Aceite de bebé Solución de NaHCO3 Mezcla de vinagre con solución de NaHCO3

Indicador de col lombarda

Solución pH 1 2 3 4 Agua Solución

Concentración [H+]

9

Acido Básico Neutro N

Orden ascendente de acidez

A A A A A,,N B A

6

Concentración molar de H+ [H+] En notación científica

Acido Básica (alcalina) Neutra

Cuando agua es el disolvente, la relación entre el pH y la acidez es la siguiente: pH = 7

[H+] = 1 x 10-7 M

solución neutral

pH < 7

[H+] > 1 x 10-7 M

solución ácida

pH > 7

[H+] < 1 x 10-7 M

solución básica (alcalina)

Análisis: De acuerdo a los datos, ¿Cómo compara el pH de las soluciones que se prepararon por dilución secuencial? Mientras más diluida, menos acida la solución, menos acida porque mientras mas diluida mayor es el pH. O sea, hay menos concentración de ácido acético en el mismo volumen. De acuerdo a los datos, ¿Cómo compara el pH con [H+] en las soluciones de vinagre por dilución lineal?

¿Por qué no es posible determinar el pH del aceite de bebé? NO APLICA EL pH porque el aceite de bebe no tiene agua como disolvente. No se mezclan; se separan.

El vinagre es un ácido. La solución de bicarbonato de sodio es _______alcalina___________.

¿Cómo se afecta el pH cuando se mezcla vinagre con la solución de bicarbonato de sodio?

Al mezclar vinagre con agua, observamos un cambio (físico, químico). Al mezclar el vinagre con NaHCO3 ocurre un cambio (físico, químico). ¿Qué evidencia hay de este cambio? La ecuación correspondiente a la reacción entre CH3COOH y NaHCO3 es:

CH3COOH + NaHCO3 -CH3COONa + H2CO3 CH3COOH + NaHCO3 -CH3COONa + H2O +CO2 Esta reacción es una neutralización. ¿Por qué crees que se le llama así a esta reacción? Porque el vinagre tiene un pH bajo (2, acido) y el bicarbonato de sodio tiene un pH alto (9, alcalino). La combinación de ambos tiene un pH intermedio (6), cerca de 7. H+ + OH-  H2O TÍTULO:

SOLUCIONES ACUOSAS Y SUS PROPIEDADES

ACIDEZ, ALCALINIDAD Y EL AGUA NIVEL: Intermedio: 9no a 12mo grado á PROFESORES: Gilda Díaz (Ciencias)

RETOMANDO EL TEMA DE NOTACION CIENTIFICA: LA NOTACIÓN CIENTÍFICA Y OPERACIONES LOGARITMICAS

Anotaciones

Medida 5 x 102 g x 8 mg

2

10 g x 8 mg

Para sumar o restar, el exponente base 10 y la unidad deben la igual.

1.5 cm

+

1.3 mm

Propiedad (5 x 102g)(8 x 10-3g)

Resultado 40 x 10-1g

(5 x 8) x102+(-3)

40/10 g= 4 g

15 mm

16.3 mm

+ 1.3 mm

10-1= 1/10

(1.5x10-2 m) + (1.3 x10-3m) (15x10-3m) + (1.5x10-3m)

(16.3 x10-3m)

[H+1] = 1.0 x 10-5 M

[H+1] = (1.0 /105) M

[H+1] = 0.00001 M

[H+1] = 1.0 x 10-5 M

1/[ H+1]= 1/(1.0 /10 -5)

1/[ H+1] = 1.0 x 105/M

Logaritmo:

El logaritmo de un número, respecto de otro llamado base, es el exponente a que hay que elevar la base para obtener dicho número. (DE)

Log525 = 2 se lee logaritmo base 5 de 25 es 2 e implica que 52 = 25 Los logaritmos comunes son los logaritmos de base 10. También se le conoce como logaritmos decimales. log10 X es igual a la potencia o exponente a la que se eleva 10 para que sea igual a X. Es común que cuando se tiene un logaritmo decimal se omita la base y simplemente se escriba Log X = n porque 10n = X

Propiedades de los logaritmos: log10 X es igual a la potencia o exponente a la que se eleva 10 para que sea igual a X. log10 10 = 1 (el logaritmo de la base es 1, porque 101= 10) log10 1 = 0 (el logaritmo de la base es 1, porque 100= 1)

log10 (𝑀𝑁) = log10 𝑀 + log10 𝑁 log10 (𝑀/𝑁) = log10 − log10 𝑁 log10 𝑀𝑟 = 𝑟 log10 𝑀

Completa los siguientes ejercicios: 1. Log 102 = 2. Log 0.01 = 3. Log 1/100 = 4. Log ½ = 5. Log 10x= 6. Log (5.0 x 102)= 7. Log (1.0 x 10-3)= 8. Log 1/[H+]= Vamos a utilizar las diluciones secuenciales que hicimos al vinagre para calcular el log X, donde X es la concentración molar del vinagre. DATOS OBTENIDOS EN LAS ACTIVIDADES 3 Y EL TRABAJO EXPERIMENTAL PARA DETERMINAR EL pH DE LAS SOLUCIONES.

# de Solución

Molaridad de Acido Acetico (Mol/l)

1 8.3 x 10-1 2 8.3 x 10-2 3 8.3 x 10-3 4 8.3 x 10-4 5 8.3 x 10-5

Calculo del logaritmo utilizando

log10 (𝑀𝑁) = log10 𝑀 + log10 𝑁

Resultado

# de Solución

Molaridad de Ácido Acético (Mol/l)

Calculo del logaritmo utilizando

Resultado

log10 (𝑀/𝑁) = log10 𝑀 - log10 𝑁

1 8.3 x 10-1

Log 8.3/10=

2 8.3 x 10-2

3 8.3 x 10-3

4 8.3 x 10-4

5 8.3 x 10-5

Normalmente la concentración de H+1 y de OH-1 corresponden a cantidades tan pequeñas que es necesario expresarlas en notación científica o potenciación con base 10. La comunidad científica suele expresar concentraciones de esta magnitud en términos de una expresión logarítmica que llaman función p. El valor p es el logaritmo negativo (base 10) de la concentración molar de una especie X.

pX  log

1 [X ]

Si aplicamos las Normalmente expresamos la acidez de una solución en términos de su pH, donde

pH  log

pH  log

1 [ H 1 ]

1  log1  log[ H  ]  0  log[ H  ]  [H ] pH   log[ H  ]

Por ejemplo, en una solución neutra [H+] = 1 x 10-7 M = 10-7 M, por lo que el pH de la solución es

pH  log

1  log1  log107  0  (7) = 7.00 [107 ]

La escala del pH mide qué tan ácida o básica es una sustancia. Varía de 0 a 14. [H+1 ] [OH-1] = 1 x 10-14

Cuando [H+1] = 1 molar, entonces pH  log

pH  log

1  log1  0 Cuando [H+1] = 10-14 molar, entonces [1]

1  log1 log1014  0  (14)  14 [1014 ]

DATOS OBTENIDOS EN LAS ACTIVIDADES 3 Y EL TRABAJO EXPERIMENTAL PARA DETERMINAR EL pH DE LAS SOLUCIONES.

# de Solución

1 (vinagre) 2 3 4 agua

Molaridad de Acido Acetico (Mol/l) 8.3 x 10-1 8.3 x 10-2 8.3 x 10-3 8.3 x 10-4 --

Factor de dilución

pH (medida de acidez) 2 3 4 Entre 5 y 6

--

¿Por qué crees que en la solución 4 se hace más difícil interpretar el color de la tirilla para medir pH?

Observa que por cada dilución de 1/10 el pH aumenta 1 unidad. De acuerdo se puede decir que cuando el pH aumenta una unidad, la concentración de (disminuye, aumenta) a (1/10, 10) veces. El pH que medimos nos permite calcular la concentración molar de H+, o sea [H+], no la concentración del ácido acético. Para la solución 2,

log(1/0.083) ≠ 2

Una definición de ácido es una sustancia que aumenta la concentración de H+ cuando se disuelve. CH3COOH CH3COO-1 + H+ El papel de pH, el metro de pH y el indicador de col lombarda lo que indican es la [H+] en solución. Log 1/[H+] = pH también se representa como –log [H+] = pH Aplicando la propiedad de logaritmos log10 𝑀𝑟 = 𝑟 log10 𝑀 a –log10 [H+] = pH log10 [H+] = -pH Vamos a utilizar como ejemplo el pH de vinagre, o sea , pH = 2 𝑟 log10 𝑀 = -log10 [H+1] = 2 Log10 [H+] = -2

Logaritmo:

El logaritmo de un número, respecto de otro llamado base, es el exponente a que hay que elevar la base para obtener dicho número.

Según esta definición, -2 es el numero al que ser elevó 10 (la base) para que me obtener [H+]. Por lo tanto, 10-2 = [H+] 10-pH = [H+]

Solución pH 1 2 3 4 Agua Solución de bicarbonato de sodio sangre Limpiador de espejuelos

7.4

Concentración molar de H+ [H+] En notación científica

Acido Básica (alcalina) Neutra