EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS · 1 EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS...

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1 EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS Electrolitos. Electrolitos son las sustancias que originan iones libres al disolverse en agua. La mayor parte de los compuestos iónicos (que tienen como enlace principal un enlace iónico) se disuelven en sustancias polares como el agua. Este proceso de disolución conlleva que las moléculas de agua se interponen entre los iones que forman el compuesto, separándo los cationes (iones positivos) de los aniones (iones negativos). Por tanto, las disoluciones de este tipo de sustancias, electrolitos, conducen la corriente eléctrica: los aniones se desplazan al polo positivo del generador (pila por ejemplo) y los cationes al polo negativo. No Electrolito : son aquellas sustancias que en disolución acuosa mantienen su integridad como molécula. No electrolitos son la sacarosa, el etanol, el oxígen o gaseoso y el monóxido de carbono, entre otros Los electrolitos se clasifican en fuertes y débiles: Se denominan Electrolitos fuertes a aquellos que se disocian completamente en disolución acuosa; es decir, aquellos que tienen elevada concentración (cantidad) de iones al disolverse. Serán muy buenos conductores de la electricidad. Ejemplo: todas las sales, ácidos y bases fuertes. Se denominan Electrolitos débiles a aquellos que se disocian poco en disolución; es decir, aquellos que tienen Baja concentración (poca cantidad) de iones al disolverse(en solución).Ej: Ácidos u bases débiles Existen distintas teorías para definir un acido y una base: Definición de Arrhenius de ácidos y bases. Esta observación fue dada a conocer por el químico sueco Svante Arrhenius (1859-1927) a finales del siglo XIX. 1. Según Arrhenius se denominan ácidos a aquellos electrolitos (sustancias que se disuelven en agua formando iones) que disueltos producen iones H + (ion hidrógeno). Por tanto, dichas sustancias, ácidos, disueltos darían un anión y el catión H + . Ejemplos de ácidos en disolución: HCl Cl - + H + H 2 SO 4 SO 4 2- + 2 H + HNO 3 NO 3 - + H + 2. Según Arrhenius se denominan bases a aquellos electrolitos (sustancias que se disuelven formando iones) que disueltos producen iones OH - (ion hidroxilo).

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Page 1: EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS · 1 EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS Electrolitos. Electrolitos son las sustancias que originan iones libres al disolverse

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EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS

Electrolitos

Electrolitos son las sustancias que originan iones libres al disolverse en agua La mayor

parte de los compuestos ioacutenicos (que tienen como enlace principal un enlace ioacutenico) se

disuelven en sustancias polares como el agua Este proceso de disolucioacuten conlleva que

las moleacuteculas de agua se interponen entre los iones que forman el compuesto separaacutendo

los cationes (iones positivos) de los aniones (iones negativos) Por tanto las

disoluciones de este tipo de sustancias electrolitos conducen la corriente eleacutectrica los

aniones se desplazan al polo positivo del generador (pila por ejemplo) y los cationes al

polo negativo

No Electrolito son aquellas sustancias que en disolucioacuten acuosa mantienen su

integridad como moleacutecula No electrolitos son la sacarosa el etanol el oxiacutegen

o gaseoso y el monoacutexido de carbono entre otros

Los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles

Se denominan Electrolitos fuertes a aquellos que se disocian completamente en

disolucioacuten acuosa es decir aquellos que tienen elevada concentracioacuten (cantidad) de

iones al disolverse Seraacuten muy buenos conductores de la electricidad Ejemplo todas las

sales aacutecidos y bases fuertes

Se denominan Electrolitos deacutebiles a aquellos que se disocian poco en disolucioacuten es

decir aquellos que tienen Baja concentracioacuten (poca cantidad) de iones al disolverse(en

solucioacuten)Ej Aacutecidos u bases deacutebiles

Existen distintas teoriacuteas para definir un acido y una base

Definicioacuten de Arrhenius de aacutecidos y bases Esta observacioacuten fue dada a conocer

por el quiacutemico sueco Svante Arrhenius (1859-1927) a finales del siglo XIX

1 Seguacuten Arrhenius se denominan aacutecidos a aquellos electrolitos (sustancias que se

disuelven en agua formando iones) que disueltos producen iones H+ (ion

hidroacutegeno) Por tanto dichas sustancias aacutecidos disueltos dariacutean un anioacuten y el

catioacuten H+

Ejemplos de aacutecidos en disolucioacuten

HCl rarr Cl- + H

+

H2SO4 rarr SO42-

+ 2 H+

HNO3 rarr NO3- + H

+

2 Seguacuten Arrhenius se denominan bases a aquellos electrolitos (sustancias que se

disuelven formando iones) que disueltos producen iones OH- (ion hidroxilo)

2

Por tanto dichas sustancias bases disueltos dariacutean un anioacuten (OH-) y un catioacuten

(un metal)

Ejemplos de bases en disolucioacuten

NaOH rarr Na+ + OH

-

Al(OH)3 rarr Al3+

+ 3 OH-

Una limitacioacuten de la teoriacutea de Arrhenius sobre los aacutecidos y las bases es el hecho de que en ella no se

considera el efecto del solvente en el proceso de ionizacioacuten

Propiedades y manipulacioacuten de aacutecidos y bases

1 Propiedades de los aacutecidos

Conducen la corriente eleacutectrica cuando estaacuten disueltos en agua

Algunos metales (Zn Mg) reaccionan con los aacutecidos desprendiendo

hidroacutegeno (H2)

Presentan sabor agrio el denominado sabor aacutecido(1)

Reaccionan con el maacutermol desprendiendo CO2

Modifican el color de las sustancias denominadas indicadores (ver maacutes

adelante)

2 Propiedades de las bases

Conducen la corriente eleacutectrica cuando estaacuten disueltos en agua

Tienen sabor amargo (1)

y son untuosas al tacto (1)

Reaccionan con los aacutecidos produciendo sustancias totalmente diferentes (bases)

Modifican el color de las sustancias denominadas indicadores (ver maacutes

adelante)

Precauciones en la manipulacioacuten de los aacutecidos y de las bases Al ser muchas de ellas

bastante peligrosas han de mostrarse determinadas precauciones cuando se

manipulan Su ingestioacuten o el contacto con el cuerpo pueden producir graves

quemaduras (depende de la sustancia y de la concentracioacuten de la misma) Medidas a

tomar

Evitar respirar los vapores si se quiere comprobar el olor se debe echar hacia la

nariz con la mano y a cierta distancia nunca poniendo la nariz encima del

frasco

No derramarlos sobre piel ojos o ropas Llevar guantes gafas y bata para

protegerse

No mezclarlos con ninguna sustancia a menos que sepamos que sucederaacute

Seguir las normas del fabricante

En caso de contacto lavar con abundante agua la zona afectada y acudir al

meacutedico si la gravedad lo requiere

3

En caso de ingestioacuten accidental se debe acudir al centro hospitalario o llamar al

teleacutefono que viene en los envases de productos de limpieza indicando la marca

composicioacuten del producto ingerido

Los aacutecidos se pueden neutralizar en suelo y ropa con cal carbonato de sodio o

cenizas La arena o tierra puede servir para retener y absorber parte de los

mismos

Sal Es un electrolito que se forma en el proceso de

neutralizacioacuten

Teoriacutea de Bronsted y Lowry

Teoriacutea de Broumlnsted ndash Lowry La teoriacutea de Arrhenius aunque supuso un notable

avance en su tiempo tiene el inconveniente de que no incluya compuestos que aunque

se comportan como aacutecidos o bases no encajan en su definicioacuten Los quiacutemicos

Johannes Broumlnsted (1879-1947) y Thomas Lowry (1874-1936) propusieron una teoriacutea

aplicable a todos los aacutecidos y bases conocidas La teoriacutea de Broumlnsted - Lowry establece

que

Un aacutecido es toda sustancia capaz de ceder uno o maacutes protones

Una base es toda sustancia capaz de aceptarlos

Esta teoriacutea tiene una consecuencia importante soacutelo se puede hablar de aacutecido si hay

presente una base y viceversa

La neutralizacioacuten de acuerdo con esto es una reaccioacuten que

implica una transferencia de protones En este proceso se

4

pueden o no formar sales Estas relaciones se pueden

representar asiacute

El ion hidroacutegeno es un protoacuten que en solucioacuten acuosa se hidrata y se convierte en el ion

hidronio (H3O+) tal como se muestra en la siguiente ecuacioacuten

Sin embargo por simplicidad se debe usar la forma simplificada H+

(ac) entendiendo que

existe una forma hidratada

Seguacuten Broumlnsted y Lowry los aacutecidos al donar un protoacuten dan origen a una base

conjugada es decir a una especie que es capaz de volver a captar el protoacuten y formar el

aacutecido inicial Lo mismo puede decirse de las bases al aceptar eacutestas un protoacuten dan

origen a un aacutecido conjugado especie que puede donar el protoacuten y originar nuevamente

la base inicial

La accioacuten de aacutecido y base se formula del modo siguiente

Acido base conjugada + H+

Base + H+ aacutecido conjugado

La reaccioacuten de neutralizacioacuten corresponde al proceso

aacutecido1 + base2 base conjugada1 + aacutecido conjugado2

Acido

HCl + H2O rarr H3O+ + Cl-

a1 b2 a1 b2

Par aacutecido-base conjugado

5

NH3+ H2O rarr NH4+ + OH

-

b1 a2 a1 b2

Par base ndash acido conjugado

El agua es anfoacutetera puede actuar como aacutecido o como

base Cuanto maacutes fuerte es el aacutecido maacutes deacutebil es la

base conjugada

Teoriacutea de Lewis Aacutecidos y bases seguacuten Lewis

Aacutecido es una sustancia que puede formar un enlace covalente aceptando un par de electrones de una base

Base es una sustancia que posee un par de electrones sin compartir con el cual se

puede formar un enlace covalente con un aacutetomo una moleacutecula o un ion

Un ejemplo del concepto de Lewis pueden ser los siguientes

acido Base

H3N + BF3 H3N-BF3

Base acido

Fortaleza de los aacutecidos y bases

Aacutecidos Fuertes

Son electrolitos fuertes totalmente ionizados en solucioacuten

AH rarr A- + H+

HNO3(aq) + H2O(l) NO3-(aq) +H3O+(aq)

6

A1 b2 b1 a2

bull HCl bull HClO3 bull HBr bull HClO4bull HI bull H2SO4bull HNO3

La mayoriacutea de los hidroacutexidos ioacutenicos son bases fuertes (pej NaOH KOH RbOH

CsOH Ca(OH)2 Mg(OH)2 Ba(OH)2

Generalizando Aacutecidos y bases fuertes generan pares

conjugados deacutebiles incapaces de reaccionar con agua y

regenerar la especie que le dio origen

Aacutecidos deacutebiles bull Parcialmente ionizados en solucioacuten

HA(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + A-(aq)

Los aacutecidos y bases deacutebiles generan pares conjugados fuertes capaces de

regenerar la especie que le dio origen Establecieacutendose un equilibrio en

disolucioacuten acuosa caracterizado por una Kequil como se trata de un acido

se la llama ka

Ka [H] [A

- ] TABULADA PARA CADA ACIDO DEBIL

[HA]

A gt Ka rarr maacutes fuerte es el aacutecido

EJ TODOS LOS ACIDOS ORGANICOS Acido Acetico

CH3-COOH+ H2O H3O+ + CH3-COO-

Ka [H] [CH3COO

- ] x

[CH3-COOH]

Un acido fuerte la constante es infinitaEj

HCl + H2O rarr H3O+ + Cl

-

7

como des una disociacioacuten total de HCl inicial no queda

nada es decir es cero

Ka [H] [Cl- ]

0

BASES DEacuteBILES NH3(aq) + H2O(l) NH4+(aq) + OH-(aq)

Kb [H] [NH4+ ] x

[NH3 ]

NOMBRE FOacuteRMULA PRESENTE EN

Aacutecidos ORGANICOS

Aacutecido aceacutetico HC2H3O2 Vinagre

Aacutecido acetilsaliciacutelico

HC9H7O4 Aspirina

Aacutecido ascoacuterbico H2C6H6O6 Vitamina C

Aacutecido ciacutetrico H3C6H5O7 Jugo de limoacuten y de otros ciacutetricos

ACIDOS INORGANICOS Aacutecido clorhiacutedrico

HCI

Jugos gaacutestricos (liacutequidos digestivos del estoacutemago)

Aacutecido sulfuacuterico H2SO4 Pilas

Bases

Amoniacuteaco NH3 Limpiadores domeacutesticos (solucioacuten acuosa)

Hidroacutexido de calcio Ca(OH)2 Cal apagada (utilizada en construccioacuten)

Hidroacutexido de magnesio

Mg(OH)2 Lechada de magnesio (antiaacutecido y laxante)

8

Hidroacutexido de potasio (tambieacuten llamado potasa caacuteustica)

KOH Jaboacuten suave

Hidroacutexido de sodio NaOH Limpiadores de tuberiacuteas y hornos

EQUILIBRIO AacuteCIDO-BASE DEL AGUA La cesioacuten de protones por un aacutecido y la aceptacioacuten de protones por una base son

procesos reversibles Dado que este tipo de procesos desembocan al cabo de un cierto

tiempo en una situacioacuten de equilibrio su estudio puede efectuarse aplicando los

conceptos fundamentales del

equilibrio quiacutemico

El equilibrio aacutecido-base maacutes sencillo y fundamental a la vez es el que corresponde a la

disociacioacuten

del agua

H2O + H2O H3O+ + OH

-

-

base 1 aacutecido 2 aacutecido 1 base 2

Esta reaccioacuten pone de manifiesto que el agua puede actuar como una base (base 1)

ganando protones para convertirse en H3O+

(aacutecido 1) y puede actuar como un aacutecido (aacutecido 2) perdiendo protones para convertirse

en OH- (base 2) Se dice por ello que es una sustancia anfolita

Como pone de manifiesto la escasa conductividad del agua pura el equilibrio ioacutenico del

agua estaacute considerablemente desplazado hacia la izquierda lo que significa

que de acuerdo con la ley de accioacuten de masas su constante de equilibrio K es muy

pequentildea

K equil= [H3O+] [OH

-]

[H2O]2

Determinaciones experimentales de dicha constante a 25 ordmC han arrojado un valor para

K igual a 32 middot 10-18

lo que indica la existencia de una disociacioacuten pequentildea

La concentracioacuten de H2O es por tanto praacutecticamente igual a 1 000 glitro o en

teacuterminos de molaridad 5555 mollitro

[H2O] = 1000g 18gmol =555mollitro o M

1litro

Escribiendo la anterior expresioacuten en la forma

K [H2O]2= [H3O+] [OH-] y operando resulta

Kw=32 middot 10-18middot

(5555)2= [H3O+] [OH-] =1x 10

-14

9

1 x10-14

= [H3O+] [OH -

que se representa por Kw y se denomina producto ioacutenico del agua

HIDRACIDOS

Factores que afectan la fuerza del aacutecido H-X

H-X + H2O H3O+ + X

-

X =halogeno Cl-Br

-I

- F

-

(gt Polaridad gt acidez)

bullEnergiacutea de disociacioacuten del enlace

(gt Energiacutea lt acidez)

bullEstabilidad de la base conjugada X-

(gt estabilidad gt acidez)

Oxaacutecidos bull Estructura general Y-O-H

bull La fuerza del aacutecido depende de ldquoYrdquo y de los aacutetomos

unidos a eacutel

ndash Si Y es no metal

ndash Si la electronegatividad de Y es intermedia o alta se

tratariacutea de un aacutecido deacutebil

ndash A mayor nuacutemero de aacutetomos de O unidos a Y mayor

polaridad del enlace O-H mayor acidez

ndash A igualdad de nuacutemero de aacutetomos de O a mayor

electronegatividad de ldquoYrdquo mayor acidez

HOCl HClO2 HClO3 HClO4

Debil fuerte

Determinacioacuten de la Acidez y Basicidad de un medio Escala de pH

El pH es una medida relacionada con la concentracioacuten de iones hidroacutegeno (H+) A

mayor concentracioacuten de iones H+ maacutes aacutecida es la disolucioacuten y Cuanto maacutes baacutesica es

la disolucioacuten menos concentracioacuten de H+ hay y maacutes de OH

- Por consiguiente la

acidez o la alcalinidad de algo puede ser medida por su concentracioacuten de iones de

hidroacutegeno

10

En 1909 el bioquiacutemico daneacutes Soumlren Soumlrensen inventoacute la escala pH para medir la

acidez La escala pH estaacute descrita en la foacutermula

pH = -log [H3O+] Nota la concentracioacuten es comuacutemente abreviada usando

logaritmo por consiguiente H+] = concentracioacuten de ioacuten de

hidroacutegeno Cuando se mide el pH [H+] es una unidad de

moles H+ por litro de solucioacuten

Escala de pH y pOH

pH= -log H3O+

pOH= -log OH-

bull En agua pura a 25 C

[H+]= [OH-] = 100 x10-7 M

pH = 700 solucioacuten neutra

bull En soluciones aacutecidas

[H+] gt 100 10-7

pH lt 700

bull En soluciones baacutesicas

[H+] lt 100 10-7 pH gt 700

El pH de una disolucioacuten neutra (ni aacutecida ni baacutesica) es 7 El de las disoluciones aacutecidas es

menor de siete y el de las baacutesica mayor de siete

pH Tipo de disolucioacuten

lt 7 (menor que siete) aacutecida

= 7 neutra

gt 7 (mayor que siete) baacutesica

El color de una disolucioacuten a la que le hemos antildeadido indicador universal nos indicaraacute el

pH que tiene

11

[H+] pH Ejemplo

Aacutecidos

1 X 100 0 HCl

1 x 10-1

1 Aumlcido estomacal

1 x 10-2

2 Jugo de limoacuten

1 x 10-3

3 Vinagre

1 x 10-4

4 Soda

1 x 10-5

5 Agua de lluvia

1 x 10-6

6 Leche

Neutral 1 x 10-7

7 Agua pura

Bases

1 x 10-8

8 Claras de huevo

1 x 10-9

9 Levadura

1 x 10-10

10 antiaacutecidos

1 x 10-11

11 Amoniacuteaco

1 x 10-12

12 Caliza Mineral - Ca(OH)2

1 x 10-13

13

1 x 10-14

14 NaOH

Tambieacuten existen unos aparatos (pHmetros) que nos indican el valor numeacuterico del pH

Estos aparatos deben calibrarse previamente con disoluciones que tiene un pH

conocidoTambien se utilizan tiras reactivas que contiene un colorante organico que

cambia de color seguacuten el pH

12

Relacioacuten entre pH y pOH

pKw = -log Kw -logw =-log ([H3 O

+][OH- ]) =-log10x 10- 14

pKw=-log[H O ]- log[OH ]= 1400

pKw =pH +pOH

Aacutecidos deacutebiles Grado de disociacioacuten 0tra forma de evaluar la ionizacioacuten de un acido deacutebil

es con el grado de ionizacioacuten o de ionizacioacuten

Para el acido acetico= CH3-COOH+ H2O H3O+ + CH3-COO

-

= CH3-COO - x100 = ionizado

x 100 - CH3-COOH inicial

bull A mayor α maacutes fuerte es el aacutecido

bull α disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten

inicial del aacutecido

bull Ej

AcH 005 M rarr α = 20

AcH 015 M rarr α = 10

Aacutecidos deacutebiles Aacutecidos poliproacuteticos bull Tienen maacutes de un protoacuten ionizable

bull La disociacioacuten se realiza en pasos

Ej

13

H2SO3(aq) +H2O H3O+(aq) + HSO3- Ka1 = 17 x 10

-2

HSO3-(aq) +H2O H3O+ (aq) + SO3=(aq)Ka2 = 64 x 10

-8

bull La remocioacuten del primer protoacuten es siempre maacutes faacutecil

que la de los restantes

bull Ka1 gt Ka2 gt Ka3hellip

bull La mayor parte de la [H3O+] en equilibrio corresponde a

la primera ionizacioacuten del aacutecido (Ka1)-(aq)

Hidroacutelisis de sales

RELACIOacuteN ENTRE Ka

Y Kb EN UN PAR AacuteCIDO ndash BASE

CONJUGADO

Si planteamos la ecuacioacuten que representa la reaccioacuten de un aacutecido deacutebil con el agua y su constante de acidez

HA + H2O Aminus + H3O

+ [Aminus] [H3O+]

Ka =

[HA]

Y hacemos lo mismo para su base conjugada Aminus + H2O HA + OHminus [HA] [OHminus]

Kb =

[Aminus]

Si ahora multiplicamos Ka x Kb tanto [Aminus] como [HA] se simplifican y queda

[Aminus] [H3O

+] [HA] [OHminus]

Ka Kb = = [H3O+] [OHminus] = KW

[HA] [Aminus]

Por lo tanto el producto de Ka Kb en un par aacutecido ndash base conjugado es igual

a la constante del producto ioacutenico del agua son inversamente proporcionales Como

KW es una constante eso indica que cuanto mayor es Ka menor seraacute Kb Cuanto maacutes

fuerte es el aacutecido maacutes deacutebil es su base conjugada y viceversa Aplicando menos el logaritmo decimal en ambos teacuterminos de la ecuacioacuten

KW = Ka Kb

minuslog KW = minuslog Ka + (minuslog Kb)

14

pKW = pKa + pKb

Esta ecuacioacuten en su forma original da la relacioacuten entre la constante de acidez de un aacutecido deacutebil y la constante de basicidad de su base conjugada Utilizaacutendola es muy faacutecil obtener el valor de una conociendo el de la otra La ecuacioacuten en la forma

logariacutetmica da la relacioacuten entre pKa y pKb a temperatura ambiente su suma es 14

Conociendo uno inmediatamente se puede conocer el otro Aacutecidos poliproacuteticos son los que pueden donar maacutes de 1 protoacuten

Es la reaccioacuten de los iones de una sal con el agua Asiacute las sales pueden producir que

una disolucioacuten de las mismas sea aacutecida baacutesica o neutra Soacutelo es apreciable cuando estos

iones son conjugados fuertes proceden de un aacutecido o una base deacutebil

Ejemplo de hidroacutelisis aacutecida (de un catioacuten) NH4+ + H3O

+ CH3 NH3

+

Ejemplo de hidroacutelisis baacutesica (de un anioacuten) CH3ndashCOO

ndash + H2O

+NO2

- ClO

-

TTiippooss ddee hhiiddrroacuteoacutelliissiiss

Seguacuten procedan el catioacuten y el anioacuten de un aacutecido o una base fuerte o deacutebil las sales se

clasifican en

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base fuerte

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base fuerte (Hidroacutelisis Baacutesica)

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base deacutebil (Hidroacutelisis Aacutecida)

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base deacutebil

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE FUERTE

SALES NEUTRAS

Ejemplo NaCl

NO SE PRODUCE HIDROacuteLISIS ya que tanto el Na+ que es un aacutecido muy deacutebil

como el Clndash que es una base muy deacutebil apenas reaccionan con agua (debido a que

procede de un acido fuerte) Es decir los equilibrios

Na+ + 2 H2O NaOH

+ H3O

+

Clndash + H2O HCl

+ OH

ndash

estaacuten muy desplazado hacia la izquierda y por tanto su reaccioacuten con el agua es

insignificante El pH en neutro debido a que el unico aporte de H3O+ es el proveniente

de agua y H3O+ = O H

- = 1 x 10

-7 pH = 7

HIDROacuteLISIS BAacuteSICA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL

Y BASE FUERTE SALES BASICAS

Ejemplo Na+CH3ndashCOO

ndash(Acetato de sodio)

15

Se produce HIDROacuteLISIS BAacuteSICA ya que el Na+ es un aacutecido muy deacutebil y apenas

reacciona con agua pero el CH3ndashCOOndash es una base relativamente fuerte y si reacciona

con eacutesta de forma significativa

CH3ndashCOOndash + H2O CH3ndashCOOH

+ OH

ndash Khb = Kw

Ka CH3 mdashCOOH(acido acetico)

lo que provoca que el pH gt 7 (disolucioacuten baacutesica)

HIDROacuteLISIS AacuteCIDA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE

DEacuteBILSALES ACIDAS

Ejemplo NH4Cl

Se produce HIDROacuteLISIS AacuteCIDA ya que el NH4+ es un aacutecido relativamente fuerte y

reacciona con agua mientras que el Clndash es una base deacutebil y no lo hace de forma

significativa

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw

KbNH3

lo que provoca que el pH lt 7 (disolucioacuten aacutecida)

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL Y BASE DEacuteBIL

Ejemplo NH4CN

En este caso tanto el catioacuten NH4+

como el anioacuten CNndash se hidrolizan y la disolucioacuten seraacute

aacutecida o baacutesica seguacuten queacute ioacuten se hidrolice en mayor grado

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw = 56 x 10

ndash10

KbNH3

CN- + H2O CNH + OH

- Khb = Kw = 2 x10

ndash5 M

KaCNH

Como Khb(CNndash) = 2 x10

ndash5 es mayor Kha(NH4

+) = 56 x 10

ndash10 en este caso la

disolucioacuten es baacutesica

Para saber con cual equilibrio se debe trabaja se evaluacutean las

magnitudes de las constantes de hidroacutelisis

Ejemplo

Sabiendo que Ka (HCN) = 40 middot 10ndash10 M calcular el pH y el grado de hidroacutelisis de

una disolucioacuten acuosa de NaCN 001 M

SOLUCIONES REGULADORAS (BUFFERS)AMORTIGUADORAS

Una solucioacuten reguladora del pH o buffer es una solucioacuten que tiene la

capacidad de amortiguar o minimizar los cambios de pH

16

Pequentildeas cantidades de iones H3O+ oacute OHminus que agregadas al agua o a una solucioacuten que

no tenga poder regulador hariacutean variar el pH en varias unidades al ser agregadas a un buffer producen un cambio de pH que es miacutenimo o inapreciable

La regulacioacuten del pH es muy importante no soacutelo cuando se hacen en el

laboratorio reacciones en las cuales el cambio en el pH puede afectar la reaccioacuten sino en todas las reacciones que ocurren en los organismos vivos Las reacciones bioloacutegicas estaacuten catalizadas (aceleradas) por enzimas que son proteiacutenas Las enzimas no solamente pueden destruirse (desnaturalizarse) con cambios bruscos de pH sino que tienen un rango de pH oacuteptimo para su trabajo Cuando se trabaja en el laboratorio con reacciones enzimaacuteticas es necesario regular el pH De la misma manera en los organismos vivos el pH estaacute regulado

Como ejemplo en nuestro organismo podemos citar la sangre El pH normal del plasma de la sangre medido a temperatura ambiente es aproximadamente 740 Valores de pH menores de 730 o mayores de 750 pueden provocar la muerte Como consecuencia de esto existen en la sangre varios sistemas que actuacutean como reguladores de los cuales los maacutes importantes son los pares H2CO3 HCO3

ndash y H2PO4ndash

HPO42ndash ademaacutes de las proteiacutenas entre las cuales en la sangre la principal es la

hemoglobina Ademaacutes tambieacuten existen en la sangre reguladores fisioloacutegicos del pH Para comprender como se forma una solucioacuten buffer veamos que ocurre si

colocamos en la misma solucioacuten un aacutecido deacutebil y su base conjugada Al hacer esto estaraacuten ocurriendo simultaacuteneamente las dos reacciones reversibles y los dos equilibrios se influiraacuten mutuamente cada uno afecta al otro

HA + H2O Aminus + H3O+

Ca minus xa xa xa

Aminus + H2O HA + OHminus

Ci (M) Ca exc 0 asymp 0 Cb exc 0

asymp 0

Ceq (M) Ca minus xa xa xa Cb minus xb

xb xb

Recordemos que la x es despreciable con respecto a la concentracioacuten inicial cuando la concentracioacuten inicial es grande o cuando el aacutecido o la base se disocian poco

(Ka o Kb chicas) En este caso si tenemos concentraciones razonablemente grandes de

Ca y Cb es mucho maacutes vaacutelido el despreciar xa y xb El equilibrio del aacutecido se veraacute

afectado por una gran concentracioacuten de Aminus (Cb) con lo cual el aacutecido se inonizaraacute menos

y a su vez el equilibrio de su base conjugada se veraacute afectado por una gran

17

concentracioacuten del aacutecido (Ca) y el estado de equilibrio estaraacute desplazado hacia la

formacioacuten de reactivos Por lo expresado en el paacuterrafo anterior la concentracioacuten del aacutecido en el

equilibrio seraacute Ca y la concentracioacuten de la base conjugada en el equilibrio seraacute Cb Si

planteamos la constante de ionizacioacuten del aacutecido queda

[Aminus] [H3O+] Cb [H3O

+] Ka Ca

Ka = = [H3O+] =

[HA] Ca Cb

Aplicando menos el logaritmo en ambos teacuterminos para que quede PH

minuslog [H3O+] = minuslog Ka + (minuslog Ca Cb )

Siendo minuslog Ca Cb = log Cb Ca queda

pH = pKa + log Cb Ca

Esta ecuacioacuten se conoce como ecuacioacuten de Henderson ndash Hasselbalch o ecuacioacuten buffer Una solucioacuten con estas caracteriacutesticas tendraacute la capacidad de regular el pH Ante el agregado de iones hidronio eacutestos se neutralizaraacuten con la base Aminus su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute en la misma cantidad la concentracioacuten en el equilibrio de el aacutecido HA pero al ir a la ecuacioacuten de Henderson este efecto queda minimizado por el logaritmo y el pH variacutea en forma miacutenima o inapreciable Lo mismo sucede ante el agregado de iones hidroacutexido eacutestos se neutralizaraacuten con el aacutecido HA su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute algo la concentracioacuten en el equilibrio de la base Aminus

Podemos poner lo expresado en ecuaciones que nos indican coacutemo actuacutea

una solucioacuten reguladora para amortiguar el cambio de pH ante el agregado de un aacutecido fuerte o una base fuerte Debemos recordar que un aacutecido o una base fuertes se disocian totalmente y por lo tanto el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un aacutecido monoproacutetico es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidronio y el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un hidroxido de un metal alcalino es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidroacutexido

Si tenemos el buffer formado por el aacutecido deacutebil HA y su base conjugada Aminus y

agregamos una pequentildea cantidad de moles de un aacutecido fuerte monoproacutetico (la misma de moles de iones hidronio) se produce

A minus + H3O

+ HA + H2O

La base deacutebil Aminus neutraliza los iones hidronio y forma agua Como la cantidad de iones hidronio agregada es pequentildea y la cantidad de Aminus es grande el estado de

18

equilibrio estaacute casi totalmente desplazado hacia los productos y por lo tanto puede considerarse como una reaccioacuten completa

Si agregamos una pequentildea cantidad de base fuerte (equivalente a agregar iones hidroacutexido) se produce

HA + OH minus A

minus + H2O

El aacutecido deacutebil HA neutraliza los iones hidroacutexido y forma agua Por igual razoacuten

que en el caso anterior tambieacuten puede considerarse como reaccioacuten completa

El buffer actuacutea neutralizando los agregados de iones hidronio o

hidroacutexido y formando agua con lo cual minimiza el cambio de pH de la

solucioacuten Esta es la accioacuten reguladora de un buffer

Para poder tener una solucioacuten buffer partimos de una solucioacuten que contiene un

aacutecido y una base deacutebiles conjugados Esta es la primera condicioacuten para que la solucioacuten tenga poder regulador El buffer se puede formar poniendo un aacutecido deacutebil y su base conjugada como sal de un aacutecido fuerte por ejemplo aacutecido aceacutetico y acetato de sodio o poniendo una base deacutebil y su aacutecido conjugado como sal de una base fuerte por ejemplo amoniacuteaco y cloruro de amonio (recordaacute lo explicado en el tema anterior

relacioacuten entre Ka y Kb en un par aacutecido base conjugado con respecto a las sales)

La segunda condicioacuten para que la solucioacuten tenga buen poder regulador es que tanto el aacutecido como su base conjugada esteacuten en concentraciones grandes No

solamente para que sea vaacutelido el desprecio de las x sino porque Ca y Cb son la

ldquoreservardquo del buffer para neutralizar el agregado de aacutecido o base Si el buffer es muy diluido soportaraacute menos agregado de iones H3O

+ oacute OHminus y en el caso extremo de que este agregado consuma totalmente al aacutecido o su base conjugada el buffer se destruye y la solucioacuten pierde por completo su capacidad reguladora En los buffers de uso maacutes

frecuente Ca y Cb se hallan entre 005 M y 100 M Dentro de este rango es vaacutelido

utilizar la ecuacioacuten de Henderson Queda una tercera condicioacuten experimentalmente puede concluirse que cuanto

menor sea la diferencia entre Ca y Cb es decir cuanto maacutes cercana a 1 sea la relacioacuten

Cb Ca mejor es el poder regulador del buffer Si 01 lt Cb Ca lt 10 o sea que una

no es maacutes de 10 veces mayor que la otra el sistema tiene una capacidad reguladora aceptable Matemaacuteticamente si se cumple esta condicioacuten el pH no puede variar en

maacutes de una unidad con respecto al pKa del aacutecido deacutebil que forma el buffer

Utilizando la ecuacioacuten de Henderson

pH = pKa + log Cb Ca

Si Cb Ca = 01 como log 01 = ndash1 pH = pKa ndash 1

Si Cb Ca = 1 como log 1 = 0 pH = pKa

19

Si Cb Ca = 10 como log 10 = 1 pH = pKa + 1

Resumiendo deben cumplirse estas tres condiciones para que una solucioacuten

tenga buen poder regulador si alguna de estas tres condiciones no se cumple la capacidad reguladora de la solucioacuten se veraacute disminuida o seraacute nula

Las tres condiciones para que una solucioacuten tenga buen poder regulador son

1) La solucioacuten debe contener un aacutecido deacutebil y su base deacutebil conjugada

2) Ca y Cb deben ser suficientemente grandes usualmente entre 005 M y

100 M 3) La relacioacuten Cb Ca debe estar entre 01 y 10

Indicadores Muchas sustancias presentan diferentes colores de acuerdo con el pH en que se disuelven y se

utilizan como indicadores Muchos indicadores son aacutecidos o bases orgaacutenicas deacutebiles

El equilibrio de un indicador aacutecido (HIn) se describe de manera general como

HIn + H2O harr In- + H3O+

La disociacioacuten del indicador se acompantildea con cambios en la estructura

El ojo humano es poco sensible por lo que se ha determinado que para que se pueda apreciar

uncambio de color La relacioacuten del indicador en forma aacutecida y baacutesica debe ser mayor o igual a

10 es

decir

HInge 10

In-

HInle 10

In-

pH = pKa + log In-

HIn

pH= pKa + log 1

10

ΔpH= pKa +-1 ΔpH 2

De donde se deduce que el ojo humano aprecia cambios de color perfectamente cuando el

cambio

de pH es al menos de dos unidades

Algunos indicadores de pH importantes

Azul de timol 12-18 165 rojo-amarillo

Naranja de metilo 31-5 346 rojo-naranja

Azul de bromotimol 62-76 71 amarillo-azul

Fenolftaleiacutena 83-10 - incolora-rosa

20

Page 2: EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS · 1 EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS Electrolitos. Electrolitos son las sustancias que originan iones libres al disolverse

2

Por tanto dichas sustancias bases disueltos dariacutean un anioacuten (OH-) y un catioacuten

(un metal)

Ejemplos de bases en disolucioacuten

NaOH rarr Na+ + OH

-

Al(OH)3 rarr Al3+

+ 3 OH-

Una limitacioacuten de la teoriacutea de Arrhenius sobre los aacutecidos y las bases es el hecho de que en ella no se

considera el efecto del solvente en el proceso de ionizacioacuten

Propiedades y manipulacioacuten de aacutecidos y bases

1 Propiedades de los aacutecidos

Conducen la corriente eleacutectrica cuando estaacuten disueltos en agua

Algunos metales (Zn Mg) reaccionan con los aacutecidos desprendiendo

hidroacutegeno (H2)

Presentan sabor agrio el denominado sabor aacutecido(1)

Reaccionan con el maacutermol desprendiendo CO2

Modifican el color de las sustancias denominadas indicadores (ver maacutes

adelante)

2 Propiedades de las bases

Conducen la corriente eleacutectrica cuando estaacuten disueltos en agua

Tienen sabor amargo (1)

y son untuosas al tacto (1)

Reaccionan con los aacutecidos produciendo sustancias totalmente diferentes (bases)

Modifican el color de las sustancias denominadas indicadores (ver maacutes

adelante)

Precauciones en la manipulacioacuten de los aacutecidos y de las bases Al ser muchas de ellas

bastante peligrosas han de mostrarse determinadas precauciones cuando se

manipulan Su ingestioacuten o el contacto con el cuerpo pueden producir graves

quemaduras (depende de la sustancia y de la concentracioacuten de la misma) Medidas a

tomar

Evitar respirar los vapores si se quiere comprobar el olor se debe echar hacia la

nariz con la mano y a cierta distancia nunca poniendo la nariz encima del

frasco

No derramarlos sobre piel ojos o ropas Llevar guantes gafas y bata para

protegerse

No mezclarlos con ninguna sustancia a menos que sepamos que sucederaacute

Seguir las normas del fabricante

En caso de contacto lavar con abundante agua la zona afectada y acudir al

meacutedico si la gravedad lo requiere

3

En caso de ingestioacuten accidental se debe acudir al centro hospitalario o llamar al

teleacutefono que viene en los envases de productos de limpieza indicando la marca

composicioacuten del producto ingerido

Los aacutecidos se pueden neutralizar en suelo y ropa con cal carbonato de sodio o

cenizas La arena o tierra puede servir para retener y absorber parte de los

mismos

Sal Es un electrolito que se forma en el proceso de

neutralizacioacuten

Teoriacutea de Bronsted y Lowry

Teoriacutea de Broumlnsted ndash Lowry La teoriacutea de Arrhenius aunque supuso un notable

avance en su tiempo tiene el inconveniente de que no incluya compuestos que aunque

se comportan como aacutecidos o bases no encajan en su definicioacuten Los quiacutemicos

Johannes Broumlnsted (1879-1947) y Thomas Lowry (1874-1936) propusieron una teoriacutea

aplicable a todos los aacutecidos y bases conocidas La teoriacutea de Broumlnsted - Lowry establece

que

Un aacutecido es toda sustancia capaz de ceder uno o maacutes protones

Una base es toda sustancia capaz de aceptarlos

Esta teoriacutea tiene una consecuencia importante soacutelo se puede hablar de aacutecido si hay

presente una base y viceversa

La neutralizacioacuten de acuerdo con esto es una reaccioacuten que

implica una transferencia de protones En este proceso se

4

pueden o no formar sales Estas relaciones se pueden

representar asiacute

El ion hidroacutegeno es un protoacuten que en solucioacuten acuosa se hidrata y se convierte en el ion

hidronio (H3O+) tal como se muestra en la siguiente ecuacioacuten

Sin embargo por simplicidad se debe usar la forma simplificada H+

(ac) entendiendo que

existe una forma hidratada

Seguacuten Broumlnsted y Lowry los aacutecidos al donar un protoacuten dan origen a una base

conjugada es decir a una especie que es capaz de volver a captar el protoacuten y formar el

aacutecido inicial Lo mismo puede decirse de las bases al aceptar eacutestas un protoacuten dan

origen a un aacutecido conjugado especie que puede donar el protoacuten y originar nuevamente

la base inicial

La accioacuten de aacutecido y base se formula del modo siguiente

Acido base conjugada + H+

Base + H+ aacutecido conjugado

La reaccioacuten de neutralizacioacuten corresponde al proceso

aacutecido1 + base2 base conjugada1 + aacutecido conjugado2

Acido

HCl + H2O rarr H3O+ + Cl-

a1 b2 a1 b2

Par aacutecido-base conjugado

5

NH3+ H2O rarr NH4+ + OH

-

b1 a2 a1 b2

Par base ndash acido conjugado

El agua es anfoacutetera puede actuar como aacutecido o como

base Cuanto maacutes fuerte es el aacutecido maacutes deacutebil es la

base conjugada

Teoriacutea de Lewis Aacutecidos y bases seguacuten Lewis

Aacutecido es una sustancia que puede formar un enlace covalente aceptando un par de electrones de una base

Base es una sustancia que posee un par de electrones sin compartir con el cual se

puede formar un enlace covalente con un aacutetomo una moleacutecula o un ion

Un ejemplo del concepto de Lewis pueden ser los siguientes

acido Base

H3N + BF3 H3N-BF3

Base acido

Fortaleza de los aacutecidos y bases

Aacutecidos Fuertes

Son electrolitos fuertes totalmente ionizados en solucioacuten

AH rarr A- + H+

HNO3(aq) + H2O(l) NO3-(aq) +H3O+(aq)

6

A1 b2 b1 a2

bull HCl bull HClO3 bull HBr bull HClO4bull HI bull H2SO4bull HNO3

La mayoriacutea de los hidroacutexidos ioacutenicos son bases fuertes (pej NaOH KOH RbOH

CsOH Ca(OH)2 Mg(OH)2 Ba(OH)2

Generalizando Aacutecidos y bases fuertes generan pares

conjugados deacutebiles incapaces de reaccionar con agua y

regenerar la especie que le dio origen

Aacutecidos deacutebiles bull Parcialmente ionizados en solucioacuten

HA(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + A-(aq)

Los aacutecidos y bases deacutebiles generan pares conjugados fuertes capaces de

regenerar la especie que le dio origen Establecieacutendose un equilibrio en

disolucioacuten acuosa caracterizado por una Kequil como se trata de un acido

se la llama ka

Ka [H] [A

- ] TABULADA PARA CADA ACIDO DEBIL

[HA]

A gt Ka rarr maacutes fuerte es el aacutecido

EJ TODOS LOS ACIDOS ORGANICOS Acido Acetico

CH3-COOH+ H2O H3O+ + CH3-COO-

Ka [H] [CH3COO

- ] x

[CH3-COOH]

Un acido fuerte la constante es infinitaEj

HCl + H2O rarr H3O+ + Cl

-

7

como des una disociacioacuten total de HCl inicial no queda

nada es decir es cero

Ka [H] [Cl- ]

0

BASES DEacuteBILES NH3(aq) + H2O(l) NH4+(aq) + OH-(aq)

Kb [H] [NH4+ ] x

[NH3 ]

NOMBRE FOacuteRMULA PRESENTE EN

Aacutecidos ORGANICOS

Aacutecido aceacutetico HC2H3O2 Vinagre

Aacutecido acetilsaliciacutelico

HC9H7O4 Aspirina

Aacutecido ascoacuterbico H2C6H6O6 Vitamina C

Aacutecido ciacutetrico H3C6H5O7 Jugo de limoacuten y de otros ciacutetricos

ACIDOS INORGANICOS Aacutecido clorhiacutedrico

HCI

Jugos gaacutestricos (liacutequidos digestivos del estoacutemago)

Aacutecido sulfuacuterico H2SO4 Pilas

Bases

Amoniacuteaco NH3 Limpiadores domeacutesticos (solucioacuten acuosa)

Hidroacutexido de calcio Ca(OH)2 Cal apagada (utilizada en construccioacuten)

Hidroacutexido de magnesio

Mg(OH)2 Lechada de magnesio (antiaacutecido y laxante)

8

Hidroacutexido de potasio (tambieacuten llamado potasa caacuteustica)

KOH Jaboacuten suave

Hidroacutexido de sodio NaOH Limpiadores de tuberiacuteas y hornos

EQUILIBRIO AacuteCIDO-BASE DEL AGUA La cesioacuten de protones por un aacutecido y la aceptacioacuten de protones por una base son

procesos reversibles Dado que este tipo de procesos desembocan al cabo de un cierto

tiempo en una situacioacuten de equilibrio su estudio puede efectuarse aplicando los

conceptos fundamentales del

equilibrio quiacutemico

El equilibrio aacutecido-base maacutes sencillo y fundamental a la vez es el que corresponde a la

disociacioacuten

del agua

H2O + H2O H3O+ + OH

-

-

base 1 aacutecido 2 aacutecido 1 base 2

Esta reaccioacuten pone de manifiesto que el agua puede actuar como una base (base 1)

ganando protones para convertirse en H3O+

(aacutecido 1) y puede actuar como un aacutecido (aacutecido 2) perdiendo protones para convertirse

en OH- (base 2) Se dice por ello que es una sustancia anfolita

Como pone de manifiesto la escasa conductividad del agua pura el equilibrio ioacutenico del

agua estaacute considerablemente desplazado hacia la izquierda lo que significa

que de acuerdo con la ley de accioacuten de masas su constante de equilibrio K es muy

pequentildea

K equil= [H3O+] [OH

-]

[H2O]2

Determinaciones experimentales de dicha constante a 25 ordmC han arrojado un valor para

K igual a 32 middot 10-18

lo que indica la existencia de una disociacioacuten pequentildea

La concentracioacuten de H2O es por tanto praacutecticamente igual a 1 000 glitro o en

teacuterminos de molaridad 5555 mollitro

[H2O] = 1000g 18gmol =555mollitro o M

1litro

Escribiendo la anterior expresioacuten en la forma

K [H2O]2= [H3O+] [OH-] y operando resulta

Kw=32 middot 10-18middot

(5555)2= [H3O+] [OH-] =1x 10

-14

9

1 x10-14

= [H3O+] [OH -

que se representa por Kw y se denomina producto ioacutenico del agua

HIDRACIDOS

Factores que afectan la fuerza del aacutecido H-X

H-X + H2O H3O+ + X

-

X =halogeno Cl-Br

-I

- F

-

(gt Polaridad gt acidez)

bullEnergiacutea de disociacioacuten del enlace

(gt Energiacutea lt acidez)

bullEstabilidad de la base conjugada X-

(gt estabilidad gt acidez)

Oxaacutecidos bull Estructura general Y-O-H

bull La fuerza del aacutecido depende de ldquoYrdquo y de los aacutetomos

unidos a eacutel

ndash Si Y es no metal

ndash Si la electronegatividad de Y es intermedia o alta se

tratariacutea de un aacutecido deacutebil

ndash A mayor nuacutemero de aacutetomos de O unidos a Y mayor

polaridad del enlace O-H mayor acidez

ndash A igualdad de nuacutemero de aacutetomos de O a mayor

electronegatividad de ldquoYrdquo mayor acidez

HOCl HClO2 HClO3 HClO4

Debil fuerte

Determinacioacuten de la Acidez y Basicidad de un medio Escala de pH

El pH es una medida relacionada con la concentracioacuten de iones hidroacutegeno (H+) A

mayor concentracioacuten de iones H+ maacutes aacutecida es la disolucioacuten y Cuanto maacutes baacutesica es

la disolucioacuten menos concentracioacuten de H+ hay y maacutes de OH

- Por consiguiente la

acidez o la alcalinidad de algo puede ser medida por su concentracioacuten de iones de

hidroacutegeno

10

En 1909 el bioquiacutemico daneacutes Soumlren Soumlrensen inventoacute la escala pH para medir la

acidez La escala pH estaacute descrita en la foacutermula

pH = -log [H3O+] Nota la concentracioacuten es comuacutemente abreviada usando

logaritmo por consiguiente H+] = concentracioacuten de ioacuten de

hidroacutegeno Cuando se mide el pH [H+] es una unidad de

moles H+ por litro de solucioacuten

Escala de pH y pOH

pH= -log H3O+

pOH= -log OH-

bull En agua pura a 25 C

[H+]= [OH-] = 100 x10-7 M

pH = 700 solucioacuten neutra

bull En soluciones aacutecidas

[H+] gt 100 10-7

pH lt 700

bull En soluciones baacutesicas

[H+] lt 100 10-7 pH gt 700

El pH de una disolucioacuten neutra (ni aacutecida ni baacutesica) es 7 El de las disoluciones aacutecidas es

menor de siete y el de las baacutesica mayor de siete

pH Tipo de disolucioacuten

lt 7 (menor que siete) aacutecida

= 7 neutra

gt 7 (mayor que siete) baacutesica

El color de una disolucioacuten a la que le hemos antildeadido indicador universal nos indicaraacute el

pH que tiene

11

[H+] pH Ejemplo

Aacutecidos

1 X 100 0 HCl

1 x 10-1

1 Aumlcido estomacal

1 x 10-2

2 Jugo de limoacuten

1 x 10-3

3 Vinagre

1 x 10-4

4 Soda

1 x 10-5

5 Agua de lluvia

1 x 10-6

6 Leche

Neutral 1 x 10-7

7 Agua pura

Bases

1 x 10-8

8 Claras de huevo

1 x 10-9

9 Levadura

1 x 10-10

10 antiaacutecidos

1 x 10-11

11 Amoniacuteaco

1 x 10-12

12 Caliza Mineral - Ca(OH)2

1 x 10-13

13

1 x 10-14

14 NaOH

Tambieacuten existen unos aparatos (pHmetros) que nos indican el valor numeacuterico del pH

Estos aparatos deben calibrarse previamente con disoluciones que tiene un pH

conocidoTambien se utilizan tiras reactivas que contiene un colorante organico que

cambia de color seguacuten el pH

12

Relacioacuten entre pH y pOH

pKw = -log Kw -logw =-log ([H3 O

+][OH- ]) =-log10x 10- 14

pKw=-log[H O ]- log[OH ]= 1400

pKw =pH +pOH

Aacutecidos deacutebiles Grado de disociacioacuten 0tra forma de evaluar la ionizacioacuten de un acido deacutebil

es con el grado de ionizacioacuten o de ionizacioacuten

Para el acido acetico= CH3-COOH+ H2O H3O+ + CH3-COO

-

= CH3-COO - x100 = ionizado

x 100 - CH3-COOH inicial

bull A mayor α maacutes fuerte es el aacutecido

bull α disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten

inicial del aacutecido

bull Ej

AcH 005 M rarr α = 20

AcH 015 M rarr α = 10

Aacutecidos deacutebiles Aacutecidos poliproacuteticos bull Tienen maacutes de un protoacuten ionizable

bull La disociacioacuten se realiza en pasos

Ej

13

H2SO3(aq) +H2O H3O+(aq) + HSO3- Ka1 = 17 x 10

-2

HSO3-(aq) +H2O H3O+ (aq) + SO3=(aq)Ka2 = 64 x 10

-8

bull La remocioacuten del primer protoacuten es siempre maacutes faacutecil

que la de los restantes

bull Ka1 gt Ka2 gt Ka3hellip

bull La mayor parte de la [H3O+] en equilibrio corresponde a

la primera ionizacioacuten del aacutecido (Ka1)-(aq)

Hidroacutelisis de sales

RELACIOacuteN ENTRE Ka

Y Kb EN UN PAR AacuteCIDO ndash BASE

CONJUGADO

Si planteamos la ecuacioacuten que representa la reaccioacuten de un aacutecido deacutebil con el agua y su constante de acidez

HA + H2O Aminus + H3O

+ [Aminus] [H3O+]

Ka =

[HA]

Y hacemos lo mismo para su base conjugada Aminus + H2O HA + OHminus [HA] [OHminus]

Kb =

[Aminus]

Si ahora multiplicamos Ka x Kb tanto [Aminus] como [HA] se simplifican y queda

[Aminus] [H3O

+] [HA] [OHminus]

Ka Kb = = [H3O+] [OHminus] = KW

[HA] [Aminus]

Por lo tanto el producto de Ka Kb en un par aacutecido ndash base conjugado es igual

a la constante del producto ioacutenico del agua son inversamente proporcionales Como

KW es una constante eso indica que cuanto mayor es Ka menor seraacute Kb Cuanto maacutes

fuerte es el aacutecido maacutes deacutebil es su base conjugada y viceversa Aplicando menos el logaritmo decimal en ambos teacuterminos de la ecuacioacuten

KW = Ka Kb

minuslog KW = minuslog Ka + (minuslog Kb)

14

pKW = pKa + pKb

Esta ecuacioacuten en su forma original da la relacioacuten entre la constante de acidez de un aacutecido deacutebil y la constante de basicidad de su base conjugada Utilizaacutendola es muy faacutecil obtener el valor de una conociendo el de la otra La ecuacioacuten en la forma

logariacutetmica da la relacioacuten entre pKa y pKb a temperatura ambiente su suma es 14

Conociendo uno inmediatamente se puede conocer el otro Aacutecidos poliproacuteticos son los que pueden donar maacutes de 1 protoacuten

Es la reaccioacuten de los iones de una sal con el agua Asiacute las sales pueden producir que

una disolucioacuten de las mismas sea aacutecida baacutesica o neutra Soacutelo es apreciable cuando estos

iones son conjugados fuertes proceden de un aacutecido o una base deacutebil

Ejemplo de hidroacutelisis aacutecida (de un catioacuten) NH4+ + H3O

+ CH3 NH3

+

Ejemplo de hidroacutelisis baacutesica (de un anioacuten) CH3ndashCOO

ndash + H2O

+NO2

- ClO

-

TTiippooss ddee hhiiddrroacuteoacutelliissiiss

Seguacuten procedan el catioacuten y el anioacuten de un aacutecido o una base fuerte o deacutebil las sales se

clasifican en

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base fuerte

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base fuerte (Hidroacutelisis Baacutesica)

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base deacutebil (Hidroacutelisis Aacutecida)

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base deacutebil

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE FUERTE

SALES NEUTRAS

Ejemplo NaCl

NO SE PRODUCE HIDROacuteLISIS ya que tanto el Na+ que es un aacutecido muy deacutebil

como el Clndash que es una base muy deacutebil apenas reaccionan con agua (debido a que

procede de un acido fuerte) Es decir los equilibrios

Na+ + 2 H2O NaOH

+ H3O

+

Clndash + H2O HCl

+ OH

ndash

estaacuten muy desplazado hacia la izquierda y por tanto su reaccioacuten con el agua es

insignificante El pH en neutro debido a que el unico aporte de H3O+ es el proveniente

de agua y H3O+ = O H

- = 1 x 10

-7 pH = 7

HIDROacuteLISIS BAacuteSICA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL

Y BASE FUERTE SALES BASICAS

Ejemplo Na+CH3ndashCOO

ndash(Acetato de sodio)

15

Se produce HIDROacuteLISIS BAacuteSICA ya que el Na+ es un aacutecido muy deacutebil y apenas

reacciona con agua pero el CH3ndashCOOndash es una base relativamente fuerte y si reacciona

con eacutesta de forma significativa

CH3ndashCOOndash + H2O CH3ndashCOOH

+ OH

ndash Khb = Kw

Ka CH3 mdashCOOH(acido acetico)

lo que provoca que el pH gt 7 (disolucioacuten baacutesica)

HIDROacuteLISIS AacuteCIDA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE

DEacuteBILSALES ACIDAS

Ejemplo NH4Cl

Se produce HIDROacuteLISIS AacuteCIDA ya que el NH4+ es un aacutecido relativamente fuerte y

reacciona con agua mientras que el Clndash es una base deacutebil y no lo hace de forma

significativa

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw

KbNH3

lo que provoca que el pH lt 7 (disolucioacuten aacutecida)

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL Y BASE DEacuteBIL

Ejemplo NH4CN

En este caso tanto el catioacuten NH4+

como el anioacuten CNndash se hidrolizan y la disolucioacuten seraacute

aacutecida o baacutesica seguacuten queacute ioacuten se hidrolice en mayor grado

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw = 56 x 10

ndash10

KbNH3

CN- + H2O CNH + OH

- Khb = Kw = 2 x10

ndash5 M

KaCNH

Como Khb(CNndash) = 2 x10

ndash5 es mayor Kha(NH4

+) = 56 x 10

ndash10 en este caso la

disolucioacuten es baacutesica

Para saber con cual equilibrio se debe trabaja se evaluacutean las

magnitudes de las constantes de hidroacutelisis

Ejemplo

Sabiendo que Ka (HCN) = 40 middot 10ndash10 M calcular el pH y el grado de hidroacutelisis de

una disolucioacuten acuosa de NaCN 001 M

SOLUCIONES REGULADORAS (BUFFERS)AMORTIGUADORAS

Una solucioacuten reguladora del pH o buffer es una solucioacuten que tiene la

capacidad de amortiguar o minimizar los cambios de pH

16

Pequentildeas cantidades de iones H3O+ oacute OHminus que agregadas al agua o a una solucioacuten que

no tenga poder regulador hariacutean variar el pH en varias unidades al ser agregadas a un buffer producen un cambio de pH que es miacutenimo o inapreciable

La regulacioacuten del pH es muy importante no soacutelo cuando se hacen en el

laboratorio reacciones en las cuales el cambio en el pH puede afectar la reaccioacuten sino en todas las reacciones que ocurren en los organismos vivos Las reacciones bioloacutegicas estaacuten catalizadas (aceleradas) por enzimas que son proteiacutenas Las enzimas no solamente pueden destruirse (desnaturalizarse) con cambios bruscos de pH sino que tienen un rango de pH oacuteptimo para su trabajo Cuando se trabaja en el laboratorio con reacciones enzimaacuteticas es necesario regular el pH De la misma manera en los organismos vivos el pH estaacute regulado

Como ejemplo en nuestro organismo podemos citar la sangre El pH normal del plasma de la sangre medido a temperatura ambiente es aproximadamente 740 Valores de pH menores de 730 o mayores de 750 pueden provocar la muerte Como consecuencia de esto existen en la sangre varios sistemas que actuacutean como reguladores de los cuales los maacutes importantes son los pares H2CO3 HCO3

ndash y H2PO4ndash

HPO42ndash ademaacutes de las proteiacutenas entre las cuales en la sangre la principal es la

hemoglobina Ademaacutes tambieacuten existen en la sangre reguladores fisioloacutegicos del pH Para comprender como se forma una solucioacuten buffer veamos que ocurre si

colocamos en la misma solucioacuten un aacutecido deacutebil y su base conjugada Al hacer esto estaraacuten ocurriendo simultaacuteneamente las dos reacciones reversibles y los dos equilibrios se influiraacuten mutuamente cada uno afecta al otro

HA + H2O Aminus + H3O+

Ca minus xa xa xa

Aminus + H2O HA + OHminus

Ci (M) Ca exc 0 asymp 0 Cb exc 0

asymp 0

Ceq (M) Ca minus xa xa xa Cb minus xb

xb xb

Recordemos que la x es despreciable con respecto a la concentracioacuten inicial cuando la concentracioacuten inicial es grande o cuando el aacutecido o la base se disocian poco

(Ka o Kb chicas) En este caso si tenemos concentraciones razonablemente grandes de

Ca y Cb es mucho maacutes vaacutelido el despreciar xa y xb El equilibrio del aacutecido se veraacute

afectado por una gran concentracioacuten de Aminus (Cb) con lo cual el aacutecido se inonizaraacute menos

y a su vez el equilibrio de su base conjugada se veraacute afectado por una gran

17

concentracioacuten del aacutecido (Ca) y el estado de equilibrio estaraacute desplazado hacia la

formacioacuten de reactivos Por lo expresado en el paacuterrafo anterior la concentracioacuten del aacutecido en el

equilibrio seraacute Ca y la concentracioacuten de la base conjugada en el equilibrio seraacute Cb Si

planteamos la constante de ionizacioacuten del aacutecido queda

[Aminus] [H3O+] Cb [H3O

+] Ka Ca

Ka = = [H3O+] =

[HA] Ca Cb

Aplicando menos el logaritmo en ambos teacuterminos para que quede PH

minuslog [H3O+] = minuslog Ka + (minuslog Ca Cb )

Siendo minuslog Ca Cb = log Cb Ca queda

pH = pKa + log Cb Ca

Esta ecuacioacuten se conoce como ecuacioacuten de Henderson ndash Hasselbalch o ecuacioacuten buffer Una solucioacuten con estas caracteriacutesticas tendraacute la capacidad de regular el pH Ante el agregado de iones hidronio eacutestos se neutralizaraacuten con la base Aminus su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute en la misma cantidad la concentracioacuten en el equilibrio de el aacutecido HA pero al ir a la ecuacioacuten de Henderson este efecto queda minimizado por el logaritmo y el pH variacutea en forma miacutenima o inapreciable Lo mismo sucede ante el agregado de iones hidroacutexido eacutestos se neutralizaraacuten con el aacutecido HA su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute algo la concentracioacuten en el equilibrio de la base Aminus

Podemos poner lo expresado en ecuaciones que nos indican coacutemo actuacutea

una solucioacuten reguladora para amortiguar el cambio de pH ante el agregado de un aacutecido fuerte o una base fuerte Debemos recordar que un aacutecido o una base fuertes se disocian totalmente y por lo tanto el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un aacutecido monoproacutetico es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidronio y el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un hidroxido de un metal alcalino es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidroacutexido

Si tenemos el buffer formado por el aacutecido deacutebil HA y su base conjugada Aminus y

agregamos una pequentildea cantidad de moles de un aacutecido fuerte monoproacutetico (la misma de moles de iones hidronio) se produce

A minus + H3O

+ HA + H2O

La base deacutebil Aminus neutraliza los iones hidronio y forma agua Como la cantidad de iones hidronio agregada es pequentildea y la cantidad de Aminus es grande el estado de

18

equilibrio estaacute casi totalmente desplazado hacia los productos y por lo tanto puede considerarse como una reaccioacuten completa

Si agregamos una pequentildea cantidad de base fuerte (equivalente a agregar iones hidroacutexido) se produce

HA + OH minus A

minus + H2O

El aacutecido deacutebil HA neutraliza los iones hidroacutexido y forma agua Por igual razoacuten

que en el caso anterior tambieacuten puede considerarse como reaccioacuten completa

El buffer actuacutea neutralizando los agregados de iones hidronio o

hidroacutexido y formando agua con lo cual minimiza el cambio de pH de la

solucioacuten Esta es la accioacuten reguladora de un buffer

Para poder tener una solucioacuten buffer partimos de una solucioacuten que contiene un

aacutecido y una base deacutebiles conjugados Esta es la primera condicioacuten para que la solucioacuten tenga poder regulador El buffer se puede formar poniendo un aacutecido deacutebil y su base conjugada como sal de un aacutecido fuerte por ejemplo aacutecido aceacutetico y acetato de sodio o poniendo una base deacutebil y su aacutecido conjugado como sal de una base fuerte por ejemplo amoniacuteaco y cloruro de amonio (recordaacute lo explicado en el tema anterior

relacioacuten entre Ka y Kb en un par aacutecido base conjugado con respecto a las sales)

La segunda condicioacuten para que la solucioacuten tenga buen poder regulador es que tanto el aacutecido como su base conjugada esteacuten en concentraciones grandes No

solamente para que sea vaacutelido el desprecio de las x sino porque Ca y Cb son la

ldquoreservardquo del buffer para neutralizar el agregado de aacutecido o base Si el buffer es muy diluido soportaraacute menos agregado de iones H3O

+ oacute OHminus y en el caso extremo de que este agregado consuma totalmente al aacutecido o su base conjugada el buffer se destruye y la solucioacuten pierde por completo su capacidad reguladora En los buffers de uso maacutes

frecuente Ca y Cb se hallan entre 005 M y 100 M Dentro de este rango es vaacutelido

utilizar la ecuacioacuten de Henderson Queda una tercera condicioacuten experimentalmente puede concluirse que cuanto

menor sea la diferencia entre Ca y Cb es decir cuanto maacutes cercana a 1 sea la relacioacuten

Cb Ca mejor es el poder regulador del buffer Si 01 lt Cb Ca lt 10 o sea que una

no es maacutes de 10 veces mayor que la otra el sistema tiene una capacidad reguladora aceptable Matemaacuteticamente si se cumple esta condicioacuten el pH no puede variar en

maacutes de una unidad con respecto al pKa del aacutecido deacutebil que forma el buffer

Utilizando la ecuacioacuten de Henderson

pH = pKa + log Cb Ca

Si Cb Ca = 01 como log 01 = ndash1 pH = pKa ndash 1

Si Cb Ca = 1 como log 1 = 0 pH = pKa

19

Si Cb Ca = 10 como log 10 = 1 pH = pKa + 1

Resumiendo deben cumplirse estas tres condiciones para que una solucioacuten

tenga buen poder regulador si alguna de estas tres condiciones no se cumple la capacidad reguladora de la solucioacuten se veraacute disminuida o seraacute nula

Las tres condiciones para que una solucioacuten tenga buen poder regulador son

1) La solucioacuten debe contener un aacutecido deacutebil y su base deacutebil conjugada

2) Ca y Cb deben ser suficientemente grandes usualmente entre 005 M y

100 M 3) La relacioacuten Cb Ca debe estar entre 01 y 10

Indicadores Muchas sustancias presentan diferentes colores de acuerdo con el pH en que se disuelven y se

utilizan como indicadores Muchos indicadores son aacutecidos o bases orgaacutenicas deacutebiles

El equilibrio de un indicador aacutecido (HIn) se describe de manera general como

HIn + H2O harr In- + H3O+

La disociacioacuten del indicador se acompantildea con cambios en la estructura

El ojo humano es poco sensible por lo que se ha determinado que para que se pueda apreciar

uncambio de color La relacioacuten del indicador en forma aacutecida y baacutesica debe ser mayor o igual a

10 es

decir

HInge 10

In-

HInle 10

In-

pH = pKa + log In-

HIn

pH= pKa + log 1

10

ΔpH= pKa +-1 ΔpH 2

De donde se deduce que el ojo humano aprecia cambios de color perfectamente cuando el

cambio

de pH es al menos de dos unidades

Algunos indicadores de pH importantes

Azul de timol 12-18 165 rojo-amarillo

Naranja de metilo 31-5 346 rojo-naranja

Azul de bromotimol 62-76 71 amarillo-azul

Fenolftaleiacutena 83-10 - incolora-rosa

20

Page 3: EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS · 1 EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS Electrolitos. Electrolitos son las sustancias que originan iones libres al disolverse

3

En caso de ingestioacuten accidental se debe acudir al centro hospitalario o llamar al

teleacutefono que viene en los envases de productos de limpieza indicando la marca

composicioacuten del producto ingerido

Los aacutecidos se pueden neutralizar en suelo y ropa con cal carbonato de sodio o

cenizas La arena o tierra puede servir para retener y absorber parte de los

mismos

Sal Es un electrolito que se forma en el proceso de

neutralizacioacuten

Teoriacutea de Bronsted y Lowry

Teoriacutea de Broumlnsted ndash Lowry La teoriacutea de Arrhenius aunque supuso un notable

avance en su tiempo tiene el inconveniente de que no incluya compuestos que aunque

se comportan como aacutecidos o bases no encajan en su definicioacuten Los quiacutemicos

Johannes Broumlnsted (1879-1947) y Thomas Lowry (1874-1936) propusieron una teoriacutea

aplicable a todos los aacutecidos y bases conocidas La teoriacutea de Broumlnsted - Lowry establece

que

Un aacutecido es toda sustancia capaz de ceder uno o maacutes protones

Una base es toda sustancia capaz de aceptarlos

Esta teoriacutea tiene una consecuencia importante soacutelo se puede hablar de aacutecido si hay

presente una base y viceversa

La neutralizacioacuten de acuerdo con esto es una reaccioacuten que

implica una transferencia de protones En este proceso se

4

pueden o no formar sales Estas relaciones se pueden

representar asiacute

El ion hidroacutegeno es un protoacuten que en solucioacuten acuosa se hidrata y se convierte en el ion

hidronio (H3O+) tal como se muestra en la siguiente ecuacioacuten

Sin embargo por simplicidad se debe usar la forma simplificada H+

(ac) entendiendo que

existe una forma hidratada

Seguacuten Broumlnsted y Lowry los aacutecidos al donar un protoacuten dan origen a una base

conjugada es decir a una especie que es capaz de volver a captar el protoacuten y formar el

aacutecido inicial Lo mismo puede decirse de las bases al aceptar eacutestas un protoacuten dan

origen a un aacutecido conjugado especie que puede donar el protoacuten y originar nuevamente

la base inicial

La accioacuten de aacutecido y base se formula del modo siguiente

Acido base conjugada + H+

Base + H+ aacutecido conjugado

La reaccioacuten de neutralizacioacuten corresponde al proceso

aacutecido1 + base2 base conjugada1 + aacutecido conjugado2

Acido

HCl + H2O rarr H3O+ + Cl-

a1 b2 a1 b2

Par aacutecido-base conjugado

5

NH3+ H2O rarr NH4+ + OH

-

b1 a2 a1 b2

Par base ndash acido conjugado

El agua es anfoacutetera puede actuar como aacutecido o como

base Cuanto maacutes fuerte es el aacutecido maacutes deacutebil es la

base conjugada

Teoriacutea de Lewis Aacutecidos y bases seguacuten Lewis

Aacutecido es una sustancia que puede formar un enlace covalente aceptando un par de electrones de una base

Base es una sustancia que posee un par de electrones sin compartir con el cual se

puede formar un enlace covalente con un aacutetomo una moleacutecula o un ion

Un ejemplo del concepto de Lewis pueden ser los siguientes

acido Base

H3N + BF3 H3N-BF3

Base acido

Fortaleza de los aacutecidos y bases

Aacutecidos Fuertes

Son electrolitos fuertes totalmente ionizados en solucioacuten

AH rarr A- + H+

HNO3(aq) + H2O(l) NO3-(aq) +H3O+(aq)

6

A1 b2 b1 a2

bull HCl bull HClO3 bull HBr bull HClO4bull HI bull H2SO4bull HNO3

La mayoriacutea de los hidroacutexidos ioacutenicos son bases fuertes (pej NaOH KOH RbOH

CsOH Ca(OH)2 Mg(OH)2 Ba(OH)2

Generalizando Aacutecidos y bases fuertes generan pares

conjugados deacutebiles incapaces de reaccionar con agua y

regenerar la especie que le dio origen

Aacutecidos deacutebiles bull Parcialmente ionizados en solucioacuten

HA(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + A-(aq)

Los aacutecidos y bases deacutebiles generan pares conjugados fuertes capaces de

regenerar la especie que le dio origen Establecieacutendose un equilibrio en

disolucioacuten acuosa caracterizado por una Kequil como se trata de un acido

se la llama ka

Ka [H] [A

- ] TABULADA PARA CADA ACIDO DEBIL

[HA]

A gt Ka rarr maacutes fuerte es el aacutecido

EJ TODOS LOS ACIDOS ORGANICOS Acido Acetico

CH3-COOH+ H2O H3O+ + CH3-COO-

Ka [H] [CH3COO

- ] x

[CH3-COOH]

Un acido fuerte la constante es infinitaEj

HCl + H2O rarr H3O+ + Cl

-

7

como des una disociacioacuten total de HCl inicial no queda

nada es decir es cero

Ka [H] [Cl- ]

0

BASES DEacuteBILES NH3(aq) + H2O(l) NH4+(aq) + OH-(aq)

Kb [H] [NH4+ ] x

[NH3 ]

NOMBRE FOacuteRMULA PRESENTE EN

Aacutecidos ORGANICOS

Aacutecido aceacutetico HC2H3O2 Vinagre

Aacutecido acetilsaliciacutelico

HC9H7O4 Aspirina

Aacutecido ascoacuterbico H2C6H6O6 Vitamina C

Aacutecido ciacutetrico H3C6H5O7 Jugo de limoacuten y de otros ciacutetricos

ACIDOS INORGANICOS Aacutecido clorhiacutedrico

HCI

Jugos gaacutestricos (liacutequidos digestivos del estoacutemago)

Aacutecido sulfuacuterico H2SO4 Pilas

Bases

Amoniacuteaco NH3 Limpiadores domeacutesticos (solucioacuten acuosa)

Hidroacutexido de calcio Ca(OH)2 Cal apagada (utilizada en construccioacuten)

Hidroacutexido de magnesio

Mg(OH)2 Lechada de magnesio (antiaacutecido y laxante)

8

Hidroacutexido de potasio (tambieacuten llamado potasa caacuteustica)

KOH Jaboacuten suave

Hidroacutexido de sodio NaOH Limpiadores de tuberiacuteas y hornos

EQUILIBRIO AacuteCIDO-BASE DEL AGUA La cesioacuten de protones por un aacutecido y la aceptacioacuten de protones por una base son

procesos reversibles Dado que este tipo de procesos desembocan al cabo de un cierto

tiempo en una situacioacuten de equilibrio su estudio puede efectuarse aplicando los

conceptos fundamentales del

equilibrio quiacutemico

El equilibrio aacutecido-base maacutes sencillo y fundamental a la vez es el que corresponde a la

disociacioacuten

del agua

H2O + H2O H3O+ + OH

-

-

base 1 aacutecido 2 aacutecido 1 base 2

Esta reaccioacuten pone de manifiesto que el agua puede actuar como una base (base 1)

ganando protones para convertirse en H3O+

(aacutecido 1) y puede actuar como un aacutecido (aacutecido 2) perdiendo protones para convertirse

en OH- (base 2) Se dice por ello que es una sustancia anfolita

Como pone de manifiesto la escasa conductividad del agua pura el equilibrio ioacutenico del

agua estaacute considerablemente desplazado hacia la izquierda lo que significa

que de acuerdo con la ley de accioacuten de masas su constante de equilibrio K es muy

pequentildea

K equil= [H3O+] [OH

-]

[H2O]2

Determinaciones experimentales de dicha constante a 25 ordmC han arrojado un valor para

K igual a 32 middot 10-18

lo que indica la existencia de una disociacioacuten pequentildea

La concentracioacuten de H2O es por tanto praacutecticamente igual a 1 000 glitro o en

teacuterminos de molaridad 5555 mollitro

[H2O] = 1000g 18gmol =555mollitro o M

1litro

Escribiendo la anterior expresioacuten en la forma

K [H2O]2= [H3O+] [OH-] y operando resulta

Kw=32 middot 10-18middot

(5555)2= [H3O+] [OH-] =1x 10

-14

9

1 x10-14

= [H3O+] [OH -

que se representa por Kw y se denomina producto ioacutenico del agua

HIDRACIDOS

Factores que afectan la fuerza del aacutecido H-X

H-X + H2O H3O+ + X

-

X =halogeno Cl-Br

-I

- F

-

(gt Polaridad gt acidez)

bullEnergiacutea de disociacioacuten del enlace

(gt Energiacutea lt acidez)

bullEstabilidad de la base conjugada X-

(gt estabilidad gt acidez)

Oxaacutecidos bull Estructura general Y-O-H

bull La fuerza del aacutecido depende de ldquoYrdquo y de los aacutetomos

unidos a eacutel

ndash Si Y es no metal

ndash Si la electronegatividad de Y es intermedia o alta se

tratariacutea de un aacutecido deacutebil

ndash A mayor nuacutemero de aacutetomos de O unidos a Y mayor

polaridad del enlace O-H mayor acidez

ndash A igualdad de nuacutemero de aacutetomos de O a mayor

electronegatividad de ldquoYrdquo mayor acidez

HOCl HClO2 HClO3 HClO4

Debil fuerte

Determinacioacuten de la Acidez y Basicidad de un medio Escala de pH

El pH es una medida relacionada con la concentracioacuten de iones hidroacutegeno (H+) A

mayor concentracioacuten de iones H+ maacutes aacutecida es la disolucioacuten y Cuanto maacutes baacutesica es

la disolucioacuten menos concentracioacuten de H+ hay y maacutes de OH

- Por consiguiente la

acidez o la alcalinidad de algo puede ser medida por su concentracioacuten de iones de

hidroacutegeno

10

En 1909 el bioquiacutemico daneacutes Soumlren Soumlrensen inventoacute la escala pH para medir la

acidez La escala pH estaacute descrita en la foacutermula

pH = -log [H3O+] Nota la concentracioacuten es comuacutemente abreviada usando

logaritmo por consiguiente H+] = concentracioacuten de ioacuten de

hidroacutegeno Cuando se mide el pH [H+] es una unidad de

moles H+ por litro de solucioacuten

Escala de pH y pOH

pH= -log H3O+

pOH= -log OH-

bull En agua pura a 25 C

[H+]= [OH-] = 100 x10-7 M

pH = 700 solucioacuten neutra

bull En soluciones aacutecidas

[H+] gt 100 10-7

pH lt 700

bull En soluciones baacutesicas

[H+] lt 100 10-7 pH gt 700

El pH de una disolucioacuten neutra (ni aacutecida ni baacutesica) es 7 El de las disoluciones aacutecidas es

menor de siete y el de las baacutesica mayor de siete

pH Tipo de disolucioacuten

lt 7 (menor que siete) aacutecida

= 7 neutra

gt 7 (mayor que siete) baacutesica

El color de una disolucioacuten a la que le hemos antildeadido indicador universal nos indicaraacute el

pH que tiene

11

[H+] pH Ejemplo

Aacutecidos

1 X 100 0 HCl

1 x 10-1

1 Aumlcido estomacal

1 x 10-2

2 Jugo de limoacuten

1 x 10-3

3 Vinagre

1 x 10-4

4 Soda

1 x 10-5

5 Agua de lluvia

1 x 10-6

6 Leche

Neutral 1 x 10-7

7 Agua pura

Bases

1 x 10-8

8 Claras de huevo

1 x 10-9

9 Levadura

1 x 10-10

10 antiaacutecidos

1 x 10-11

11 Amoniacuteaco

1 x 10-12

12 Caliza Mineral - Ca(OH)2

1 x 10-13

13

1 x 10-14

14 NaOH

Tambieacuten existen unos aparatos (pHmetros) que nos indican el valor numeacuterico del pH

Estos aparatos deben calibrarse previamente con disoluciones que tiene un pH

conocidoTambien se utilizan tiras reactivas que contiene un colorante organico que

cambia de color seguacuten el pH

12

Relacioacuten entre pH y pOH

pKw = -log Kw -logw =-log ([H3 O

+][OH- ]) =-log10x 10- 14

pKw=-log[H O ]- log[OH ]= 1400

pKw =pH +pOH

Aacutecidos deacutebiles Grado de disociacioacuten 0tra forma de evaluar la ionizacioacuten de un acido deacutebil

es con el grado de ionizacioacuten o de ionizacioacuten

Para el acido acetico= CH3-COOH+ H2O H3O+ + CH3-COO

-

= CH3-COO - x100 = ionizado

x 100 - CH3-COOH inicial

bull A mayor α maacutes fuerte es el aacutecido

bull α disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten

inicial del aacutecido

bull Ej

AcH 005 M rarr α = 20

AcH 015 M rarr α = 10

Aacutecidos deacutebiles Aacutecidos poliproacuteticos bull Tienen maacutes de un protoacuten ionizable

bull La disociacioacuten se realiza en pasos

Ej

13

H2SO3(aq) +H2O H3O+(aq) + HSO3- Ka1 = 17 x 10

-2

HSO3-(aq) +H2O H3O+ (aq) + SO3=(aq)Ka2 = 64 x 10

-8

bull La remocioacuten del primer protoacuten es siempre maacutes faacutecil

que la de los restantes

bull Ka1 gt Ka2 gt Ka3hellip

bull La mayor parte de la [H3O+] en equilibrio corresponde a

la primera ionizacioacuten del aacutecido (Ka1)-(aq)

Hidroacutelisis de sales

RELACIOacuteN ENTRE Ka

Y Kb EN UN PAR AacuteCIDO ndash BASE

CONJUGADO

Si planteamos la ecuacioacuten que representa la reaccioacuten de un aacutecido deacutebil con el agua y su constante de acidez

HA + H2O Aminus + H3O

+ [Aminus] [H3O+]

Ka =

[HA]

Y hacemos lo mismo para su base conjugada Aminus + H2O HA + OHminus [HA] [OHminus]

Kb =

[Aminus]

Si ahora multiplicamos Ka x Kb tanto [Aminus] como [HA] se simplifican y queda

[Aminus] [H3O

+] [HA] [OHminus]

Ka Kb = = [H3O+] [OHminus] = KW

[HA] [Aminus]

Por lo tanto el producto de Ka Kb en un par aacutecido ndash base conjugado es igual

a la constante del producto ioacutenico del agua son inversamente proporcionales Como

KW es una constante eso indica que cuanto mayor es Ka menor seraacute Kb Cuanto maacutes

fuerte es el aacutecido maacutes deacutebil es su base conjugada y viceversa Aplicando menos el logaritmo decimal en ambos teacuterminos de la ecuacioacuten

KW = Ka Kb

minuslog KW = minuslog Ka + (minuslog Kb)

14

pKW = pKa + pKb

Esta ecuacioacuten en su forma original da la relacioacuten entre la constante de acidez de un aacutecido deacutebil y la constante de basicidad de su base conjugada Utilizaacutendola es muy faacutecil obtener el valor de una conociendo el de la otra La ecuacioacuten en la forma

logariacutetmica da la relacioacuten entre pKa y pKb a temperatura ambiente su suma es 14

Conociendo uno inmediatamente se puede conocer el otro Aacutecidos poliproacuteticos son los que pueden donar maacutes de 1 protoacuten

Es la reaccioacuten de los iones de una sal con el agua Asiacute las sales pueden producir que

una disolucioacuten de las mismas sea aacutecida baacutesica o neutra Soacutelo es apreciable cuando estos

iones son conjugados fuertes proceden de un aacutecido o una base deacutebil

Ejemplo de hidroacutelisis aacutecida (de un catioacuten) NH4+ + H3O

+ CH3 NH3

+

Ejemplo de hidroacutelisis baacutesica (de un anioacuten) CH3ndashCOO

ndash + H2O

+NO2

- ClO

-

TTiippooss ddee hhiiddrroacuteoacutelliissiiss

Seguacuten procedan el catioacuten y el anioacuten de un aacutecido o una base fuerte o deacutebil las sales se

clasifican en

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base fuerte

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base fuerte (Hidroacutelisis Baacutesica)

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base deacutebil (Hidroacutelisis Aacutecida)

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base deacutebil

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE FUERTE

SALES NEUTRAS

Ejemplo NaCl

NO SE PRODUCE HIDROacuteLISIS ya que tanto el Na+ que es un aacutecido muy deacutebil

como el Clndash que es una base muy deacutebil apenas reaccionan con agua (debido a que

procede de un acido fuerte) Es decir los equilibrios

Na+ + 2 H2O NaOH

+ H3O

+

Clndash + H2O HCl

+ OH

ndash

estaacuten muy desplazado hacia la izquierda y por tanto su reaccioacuten con el agua es

insignificante El pH en neutro debido a que el unico aporte de H3O+ es el proveniente

de agua y H3O+ = O H

- = 1 x 10

-7 pH = 7

HIDROacuteLISIS BAacuteSICA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL

Y BASE FUERTE SALES BASICAS

Ejemplo Na+CH3ndashCOO

ndash(Acetato de sodio)

15

Se produce HIDROacuteLISIS BAacuteSICA ya que el Na+ es un aacutecido muy deacutebil y apenas

reacciona con agua pero el CH3ndashCOOndash es una base relativamente fuerte y si reacciona

con eacutesta de forma significativa

CH3ndashCOOndash + H2O CH3ndashCOOH

+ OH

ndash Khb = Kw

Ka CH3 mdashCOOH(acido acetico)

lo que provoca que el pH gt 7 (disolucioacuten baacutesica)

HIDROacuteLISIS AacuteCIDA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE

DEacuteBILSALES ACIDAS

Ejemplo NH4Cl

Se produce HIDROacuteLISIS AacuteCIDA ya que el NH4+ es un aacutecido relativamente fuerte y

reacciona con agua mientras que el Clndash es una base deacutebil y no lo hace de forma

significativa

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw

KbNH3

lo que provoca que el pH lt 7 (disolucioacuten aacutecida)

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL Y BASE DEacuteBIL

Ejemplo NH4CN

En este caso tanto el catioacuten NH4+

como el anioacuten CNndash se hidrolizan y la disolucioacuten seraacute

aacutecida o baacutesica seguacuten queacute ioacuten se hidrolice en mayor grado

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw = 56 x 10

ndash10

KbNH3

CN- + H2O CNH + OH

- Khb = Kw = 2 x10

ndash5 M

KaCNH

Como Khb(CNndash) = 2 x10

ndash5 es mayor Kha(NH4

+) = 56 x 10

ndash10 en este caso la

disolucioacuten es baacutesica

Para saber con cual equilibrio se debe trabaja se evaluacutean las

magnitudes de las constantes de hidroacutelisis

Ejemplo

Sabiendo que Ka (HCN) = 40 middot 10ndash10 M calcular el pH y el grado de hidroacutelisis de

una disolucioacuten acuosa de NaCN 001 M

SOLUCIONES REGULADORAS (BUFFERS)AMORTIGUADORAS

Una solucioacuten reguladora del pH o buffer es una solucioacuten que tiene la

capacidad de amortiguar o minimizar los cambios de pH

16

Pequentildeas cantidades de iones H3O+ oacute OHminus que agregadas al agua o a una solucioacuten que

no tenga poder regulador hariacutean variar el pH en varias unidades al ser agregadas a un buffer producen un cambio de pH que es miacutenimo o inapreciable

La regulacioacuten del pH es muy importante no soacutelo cuando se hacen en el

laboratorio reacciones en las cuales el cambio en el pH puede afectar la reaccioacuten sino en todas las reacciones que ocurren en los organismos vivos Las reacciones bioloacutegicas estaacuten catalizadas (aceleradas) por enzimas que son proteiacutenas Las enzimas no solamente pueden destruirse (desnaturalizarse) con cambios bruscos de pH sino que tienen un rango de pH oacuteptimo para su trabajo Cuando se trabaja en el laboratorio con reacciones enzimaacuteticas es necesario regular el pH De la misma manera en los organismos vivos el pH estaacute regulado

Como ejemplo en nuestro organismo podemos citar la sangre El pH normal del plasma de la sangre medido a temperatura ambiente es aproximadamente 740 Valores de pH menores de 730 o mayores de 750 pueden provocar la muerte Como consecuencia de esto existen en la sangre varios sistemas que actuacutean como reguladores de los cuales los maacutes importantes son los pares H2CO3 HCO3

ndash y H2PO4ndash

HPO42ndash ademaacutes de las proteiacutenas entre las cuales en la sangre la principal es la

hemoglobina Ademaacutes tambieacuten existen en la sangre reguladores fisioloacutegicos del pH Para comprender como se forma una solucioacuten buffer veamos que ocurre si

colocamos en la misma solucioacuten un aacutecido deacutebil y su base conjugada Al hacer esto estaraacuten ocurriendo simultaacuteneamente las dos reacciones reversibles y los dos equilibrios se influiraacuten mutuamente cada uno afecta al otro

HA + H2O Aminus + H3O+

Ca minus xa xa xa

Aminus + H2O HA + OHminus

Ci (M) Ca exc 0 asymp 0 Cb exc 0

asymp 0

Ceq (M) Ca minus xa xa xa Cb minus xb

xb xb

Recordemos que la x es despreciable con respecto a la concentracioacuten inicial cuando la concentracioacuten inicial es grande o cuando el aacutecido o la base se disocian poco

(Ka o Kb chicas) En este caso si tenemos concentraciones razonablemente grandes de

Ca y Cb es mucho maacutes vaacutelido el despreciar xa y xb El equilibrio del aacutecido se veraacute

afectado por una gran concentracioacuten de Aminus (Cb) con lo cual el aacutecido se inonizaraacute menos

y a su vez el equilibrio de su base conjugada se veraacute afectado por una gran

17

concentracioacuten del aacutecido (Ca) y el estado de equilibrio estaraacute desplazado hacia la

formacioacuten de reactivos Por lo expresado en el paacuterrafo anterior la concentracioacuten del aacutecido en el

equilibrio seraacute Ca y la concentracioacuten de la base conjugada en el equilibrio seraacute Cb Si

planteamos la constante de ionizacioacuten del aacutecido queda

[Aminus] [H3O+] Cb [H3O

+] Ka Ca

Ka = = [H3O+] =

[HA] Ca Cb

Aplicando menos el logaritmo en ambos teacuterminos para que quede PH

minuslog [H3O+] = minuslog Ka + (minuslog Ca Cb )

Siendo minuslog Ca Cb = log Cb Ca queda

pH = pKa + log Cb Ca

Esta ecuacioacuten se conoce como ecuacioacuten de Henderson ndash Hasselbalch o ecuacioacuten buffer Una solucioacuten con estas caracteriacutesticas tendraacute la capacidad de regular el pH Ante el agregado de iones hidronio eacutestos se neutralizaraacuten con la base Aminus su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute en la misma cantidad la concentracioacuten en el equilibrio de el aacutecido HA pero al ir a la ecuacioacuten de Henderson este efecto queda minimizado por el logaritmo y el pH variacutea en forma miacutenima o inapreciable Lo mismo sucede ante el agregado de iones hidroacutexido eacutestos se neutralizaraacuten con el aacutecido HA su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute algo la concentracioacuten en el equilibrio de la base Aminus

Podemos poner lo expresado en ecuaciones que nos indican coacutemo actuacutea

una solucioacuten reguladora para amortiguar el cambio de pH ante el agregado de un aacutecido fuerte o una base fuerte Debemos recordar que un aacutecido o una base fuertes se disocian totalmente y por lo tanto el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un aacutecido monoproacutetico es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidronio y el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un hidroxido de un metal alcalino es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidroacutexido

Si tenemos el buffer formado por el aacutecido deacutebil HA y su base conjugada Aminus y

agregamos una pequentildea cantidad de moles de un aacutecido fuerte monoproacutetico (la misma de moles de iones hidronio) se produce

A minus + H3O

+ HA + H2O

La base deacutebil Aminus neutraliza los iones hidronio y forma agua Como la cantidad de iones hidronio agregada es pequentildea y la cantidad de Aminus es grande el estado de

18

equilibrio estaacute casi totalmente desplazado hacia los productos y por lo tanto puede considerarse como una reaccioacuten completa

Si agregamos una pequentildea cantidad de base fuerte (equivalente a agregar iones hidroacutexido) se produce

HA + OH minus A

minus + H2O

El aacutecido deacutebil HA neutraliza los iones hidroacutexido y forma agua Por igual razoacuten

que en el caso anterior tambieacuten puede considerarse como reaccioacuten completa

El buffer actuacutea neutralizando los agregados de iones hidronio o

hidroacutexido y formando agua con lo cual minimiza el cambio de pH de la

solucioacuten Esta es la accioacuten reguladora de un buffer

Para poder tener una solucioacuten buffer partimos de una solucioacuten que contiene un

aacutecido y una base deacutebiles conjugados Esta es la primera condicioacuten para que la solucioacuten tenga poder regulador El buffer se puede formar poniendo un aacutecido deacutebil y su base conjugada como sal de un aacutecido fuerte por ejemplo aacutecido aceacutetico y acetato de sodio o poniendo una base deacutebil y su aacutecido conjugado como sal de una base fuerte por ejemplo amoniacuteaco y cloruro de amonio (recordaacute lo explicado en el tema anterior

relacioacuten entre Ka y Kb en un par aacutecido base conjugado con respecto a las sales)

La segunda condicioacuten para que la solucioacuten tenga buen poder regulador es que tanto el aacutecido como su base conjugada esteacuten en concentraciones grandes No

solamente para que sea vaacutelido el desprecio de las x sino porque Ca y Cb son la

ldquoreservardquo del buffer para neutralizar el agregado de aacutecido o base Si el buffer es muy diluido soportaraacute menos agregado de iones H3O

+ oacute OHminus y en el caso extremo de que este agregado consuma totalmente al aacutecido o su base conjugada el buffer se destruye y la solucioacuten pierde por completo su capacidad reguladora En los buffers de uso maacutes

frecuente Ca y Cb se hallan entre 005 M y 100 M Dentro de este rango es vaacutelido

utilizar la ecuacioacuten de Henderson Queda una tercera condicioacuten experimentalmente puede concluirse que cuanto

menor sea la diferencia entre Ca y Cb es decir cuanto maacutes cercana a 1 sea la relacioacuten

Cb Ca mejor es el poder regulador del buffer Si 01 lt Cb Ca lt 10 o sea que una

no es maacutes de 10 veces mayor que la otra el sistema tiene una capacidad reguladora aceptable Matemaacuteticamente si se cumple esta condicioacuten el pH no puede variar en

maacutes de una unidad con respecto al pKa del aacutecido deacutebil que forma el buffer

Utilizando la ecuacioacuten de Henderson

pH = pKa + log Cb Ca

Si Cb Ca = 01 como log 01 = ndash1 pH = pKa ndash 1

Si Cb Ca = 1 como log 1 = 0 pH = pKa

19

Si Cb Ca = 10 como log 10 = 1 pH = pKa + 1

Resumiendo deben cumplirse estas tres condiciones para que una solucioacuten

tenga buen poder regulador si alguna de estas tres condiciones no se cumple la capacidad reguladora de la solucioacuten se veraacute disminuida o seraacute nula

Las tres condiciones para que una solucioacuten tenga buen poder regulador son

1) La solucioacuten debe contener un aacutecido deacutebil y su base deacutebil conjugada

2) Ca y Cb deben ser suficientemente grandes usualmente entre 005 M y

100 M 3) La relacioacuten Cb Ca debe estar entre 01 y 10

Indicadores Muchas sustancias presentan diferentes colores de acuerdo con el pH en que se disuelven y se

utilizan como indicadores Muchos indicadores son aacutecidos o bases orgaacutenicas deacutebiles

El equilibrio de un indicador aacutecido (HIn) se describe de manera general como

HIn + H2O harr In- + H3O+

La disociacioacuten del indicador se acompantildea con cambios en la estructura

El ojo humano es poco sensible por lo que se ha determinado que para que se pueda apreciar

uncambio de color La relacioacuten del indicador en forma aacutecida y baacutesica debe ser mayor o igual a

10 es

decir

HInge 10

In-

HInle 10

In-

pH = pKa + log In-

HIn

pH= pKa + log 1

10

ΔpH= pKa +-1 ΔpH 2

De donde se deduce que el ojo humano aprecia cambios de color perfectamente cuando el

cambio

de pH es al menos de dos unidades

Algunos indicadores de pH importantes

Azul de timol 12-18 165 rojo-amarillo

Naranja de metilo 31-5 346 rojo-naranja

Azul de bromotimol 62-76 71 amarillo-azul

Fenolftaleiacutena 83-10 - incolora-rosa

20

Page 4: EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS · 1 EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS Electrolitos. Electrolitos son las sustancias que originan iones libres al disolverse

4

pueden o no formar sales Estas relaciones se pueden

representar asiacute

El ion hidroacutegeno es un protoacuten que en solucioacuten acuosa se hidrata y se convierte en el ion

hidronio (H3O+) tal como se muestra en la siguiente ecuacioacuten

Sin embargo por simplicidad se debe usar la forma simplificada H+

(ac) entendiendo que

existe una forma hidratada

Seguacuten Broumlnsted y Lowry los aacutecidos al donar un protoacuten dan origen a una base

conjugada es decir a una especie que es capaz de volver a captar el protoacuten y formar el

aacutecido inicial Lo mismo puede decirse de las bases al aceptar eacutestas un protoacuten dan

origen a un aacutecido conjugado especie que puede donar el protoacuten y originar nuevamente

la base inicial

La accioacuten de aacutecido y base se formula del modo siguiente

Acido base conjugada + H+

Base + H+ aacutecido conjugado

La reaccioacuten de neutralizacioacuten corresponde al proceso

aacutecido1 + base2 base conjugada1 + aacutecido conjugado2

Acido

HCl + H2O rarr H3O+ + Cl-

a1 b2 a1 b2

Par aacutecido-base conjugado

5

NH3+ H2O rarr NH4+ + OH

-

b1 a2 a1 b2

Par base ndash acido conjugado

El agua es anfoacutetera puede actuar como aacutecido o como

base Cuanto maacutes fuerte es el aacutecido maacutes deacutebil es la

base conjugada

Teoriacutea de Lewis Aacutecidos y bases seguacuten Lewis

Aacutecido es una sustancia que puede formar un enlace covalente aceptando un par de electrones de una base

Base es una sustancia que posee un par de electrones sin compartir con el cual se

puede formar un enlace covalente con un aacutetomo una moleacutecula o un ion

Un ejemplo del concepto de Lewis pueden ser los siguientes

acido Base

H3N + BF3 H3N-BF3

Base acido

Fortaleza de los aacutecidos y bases

Aacutecidos Fuertes

Son electrolitos fuertes totalmente ionizados en solucioacuten

AH rarr A- + H+

HNO3(aq) + H2O(l) NO3-(aq) +H3O+(aq)

6

A1 b2 b1 a2

bull HCl bull HClO3 bull HBr bull HClO4bull HI bull H2SO4bull HNO3

La mayoriacutea de los hidroacutexidos ioacutenicos son bases fuertes (pej NaOH KOH RbOH

CsOH Ca(OH)2 Mg(OH)2 Ba(OH)2

Generalizando Aacutecidos y bases fuertes generan pares

conjugados deacutebiles incapaces de reaccionar con agua y

regenerar la especie que le dio origen

Aacutecidos deacutebiles bull Parcialmente ionizados en solucioacuten

HA(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + A-(aq)

Los aacutecidos y bases deacutebiles generan pares conjugados fuertes capaces de

regenerar la especie que le dio origen Establecieacutendose un equilibrio en

disolucioacuten acuosa caracterizado por una Kequil como se trata de un acido

se la llama ka

Ka [H] [A

- ] TABULADA PARA CADA ACIDO DEBIL

[HA]

A gt Ka rarr maacutes fuerte es el aacutecido

EJ TODOS LOS ACIDOS ORGANICOS Acido Acetico

CH3-COOH+ H2O H3O+ + CH3-COO-

Ka [H] [CH3COO

- ] x

[CH3-COOH]

Un acido fuerte la constante es infinitaEj

HCl + H2O rarr H3O+ + Cl

-

7

como des una disociacioacuten total de HCl inicial no queda

nada es decir es cero

Ka [H] [Cl- ]

0

BASES DEacuteBILES NH3(aq) + H2O(l) NH4+(aq) + OH-(aq)

Kb [H] [NH4+ ] x

[NH3 ]

NOMBRE FOacuteRMULA PRESENTE EN

Aacutecidos ORGANICOS

Aacutecido aceacutetico HC2H3O2 Vinagre

Aacutecido acetilsaliciacutelico

HC9H7O4 Aspirina

Aacutecido ascoacuterbico H2C6H6O6 Vitamina C

Aacutecido ciacutetrico H3C6H5O7 Jugo de limoacuten y de otros ciacutetricos

ACIDOS INORGANICOS Aacutecido clorhiacutedrico

HCI

Jugos gaacutestricos (liacutequidos digestivos del estoacutemago)

Aacutecido sulfuacuterico H2SO4 Pilas

Bases

Amoniacuteaco NH3 Limpiadores domeacutesticos (solucioacuten acuosa)

Hidroacutexido de calcio Ca(OH)2 Cal apagada (utilizada en construccioacuten)

Hidroacutexido de magnesio

Mg(OH)2 Lechada de magnesio (antiaacutecido y laxante)

8

Hidroacutexido de potasio (tambieacuten llamado potasa caacuteustica)

KOH Jaboacuten suave

Hidroacutexido de sodio NaOH Limpiadores de tuberiacuteas y hornos

EQUILIBRIO AacuteCIDO-BASE DEL AGUA La cesioacuten de protones por un aacutecido y la aceptacioacuten de protones por una base son

procesos reversibles Dado que este tipo de procesos desembocan al cabo de un cierto

tiempo en una situacioacuten de equilibrio su estudio puede efectuarse aplicando los

conceptos fundamentales del

equilibrio quiacutemico

El equilibrio aacutecido-base maacutes sencillo y fundamental a la vez es el que corresponde a la

disociacioacuten

del agua

H2O + H2O H3O+ + OH

-

-

base 1 aacutecido 2 aacutecido 1 base 2

Esta reaccioacuten pone de manifiesto que el agua puede actuar como una base (base 1)

ganando protones para convertirse en H3O+

(aacutecido 1) y puede actuar como un aacutecido (aacutecido 2) perdiendo protones para convertirse

en OH- (base 2) Se dice por ello que es una sustancia anfolita

Como pone de manifiesto la escasa conductividad del agua pura el equilibrio ioacutenico del

agua estaacute considerablemente desplazado hacia la izquierda lo que significa

que de acuerdo con la ley de accioacuten de masas su constante de equilibrio K es muy

pequentildea

K equil= [H3O+] [OH

-]

[H2O]2

Determinaciones experimentales de dicha constante a 25 ordmC han arrojado un valor para

K igual a 32 middot 10-18

lo que indica la existencia de una disociacioacuten pequentildea

La concentracioacuten de H2O es por tanto praacutecticamente igual a 1 000 glitro o en

teacuterminos de molaridad 5555 mollitro

[H2O] = 1000g 18gmol =555mollitro o M

1litro

Escribiendo la anterior expresioacuten en la forma

K [H2O]2= [H3O+] [OH-] y operando resulta

Kw=32 middot 10-18middot

(5555)2= [H3O+] [OH-] =1x 10

-14

9

1 x10-14

= [H3O+] [OH -

que se representa por Kw y se denomina producto ioacutenico del agua

HIDRACIDOS

Factores que afectan la fuerza del aacutecido H-X

H-X + H2O H3O+ + X

-

X =halogeno Cl-Br

-I

- F

-

(gt Polaridad gt acidez)

bullEnergiacutea de disociacioacuten del enlace

(gt Energiacutea lt acidez)

bullEstabilidad de la base conjugada X-

(gt estabilidad gt acidez)

Oxaacutecidos bull Estructura general Y-O-H

bull La fuerza del aacutecido depende de ldquoYrdquo y de los aacutetomos

unidos a eacutel

ndash Si Y es no metal

ndash Si la electronegatividad de Y es intermedia o alta se

tratariacutea de un aacutecido deacutebil

ndash A mayor nuacutemero de aacutetomos de O unidos a Y mayor

polaridad del enlace O-H mayor acidez

ndash A igualdad de nuacutemero de aacutetomos de O a mayor

electronegatividad de ldquoYrdquo mayor acidez

HOCl HClO2 HClO3 HClO4

Debil fuerte

Determinacioacuten de la Acidez y Basicidad de un medio Escala de pH

El pH es una medida relacionada con la concentracioacuten de iones hidroacutegeno (H+) A

mayor concentracioacuten de iones H+ maacutes aacutecida es la disolucioacuten y Cuanto maacutes baacutesica es

la disolucioacuten menos concentracioacuten de H+ hay y maacutes de OH

- Por consiguiente la

acidez o la alcalinidad de algo puede ser medida por su concentracioacuten de iones de

hidroacutegeno

10

En 1909 el bioquiacutemico daneacutes Soumlren Soumlrensen inventoacute la escala pH para medir la

acidez La escala pH estaacute descrita en la foacutermula

pH = -log [H3O+] Nota la concentracioacuten es comuacutemente abreviada usando

logaritmo por consiguiente H+] = concentracioacuten de ioacuten de

hidroacutegeno Cuando se mide el pH [H+] es una unidad de

moles H+ por litro de solucioacuten

Escala de pH y pOH

pH= -log H3O+

pOH= -log OH-

bull En agua pura a 25 C

[H+]= [OH-] = 100 x10-7 M

pH = 700 solucioacuten neutra

bull En soluciones aacutecidas

[H+] gt 100 10-7

pH lt 700

bull En soluciones baacutesicas

[H+] lt 100 10-7 pH gt 700

El pH de una disolucioacuten neutra (ni aacutecida ni baacutesica) es 7 El de las disoluciones aacutecidas es

menor de siete y el de las baacutesica mayor de siete

pH Tipo de disolucioacuten

lt 7 (menor que siete) aacutecida

= 7 neutra

gt 7 (mayor que siete) baacutesica

El color de una disolucioacuten a la que le hemos antildeadido indicador universal nos indicaraacute el

pH que tiene

11

[H+] pH Ejemplo

Aacutecidos

1 X 100 0 HCl

1 x 10-1

1 Aumlcido estomacal

1 x 10-2

2 Jugo de limoacuten

1 x 10-3

3 Vinagre

1 x 10-4

4 Soda

1 x 10-5

5 Agua de lluvia

1 x 10-6

6 Leche

Neutral 1 x 10-7

7 Agua pura

Bases

1 x 10-8

8 Claras de huevo

1 x 10-9

9 Levadura

1 x 10-10

10 antiaacutecidos

1 x 10-11

11 Amoniacuteaco

1 x 10-12

12 Caliza Mineral - Ca(OH)2

1 x 10-13

13

1 x 10-14

14 NaOH

Tambieacuten existen unos aparatos (pHmetros) que nos indican el valor numeacuterico del pH

Estos aparatos deben calibrarse previamente con disoluciones que tiene un pH

conocidoTambien se utilizan tiras reactivas que contiene un colorante organico que

cambia de color seguacuten el pH

12

Relacioacuten entre pH y pOH

pKw = -log Kw -logw =-log ([H3 O

+][OH- ]) =-log10x 10- 14

pKw=-log[H O ]- log[OH ]= 1400

pKw =pH +pOH

Aacutecidos deacutebiles Grado de disociacioacuten 0tra forma de evaluar la ionizacioacuten de un acido deacutebil

es con el grado de ionizacioacuten o de ionizacioacuten

Para el acido acetico= CH3-COOH+ H2O H3O+ + CH3-COO

-

= CH3-COO - x100 = ionizado

x 100 - CH3-COOH inicial

bull A mayor α maacutes fuerte es el aacutecido

bull α disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten

inicial del aacutecido

bull Ej

AcH 005 M rarr α = 20

AcH 015 M rarr α = 10

Aacutecidos deacutebiles Aacutecidos poliproacuteticos bull Tienen maacutes de un protoacuten ionizable

bull La disociacioacuten se realiza en pasos

Ej

13

H2SO3(aq) +H2O H3O+(aq) + HSO3- Ka1 = 17 x 10

-2

HSO3-(aq) +H2O H3O+ (aq) + SO3=(aq)Ka2 = 64 x 10

-8

bull La remocioacuten del primer protoacuten es siempre maacutes faacutecil

que la de los restantes

bull Ka1 gt Ka2 gt Ka3hellip

bull La mayor parte de la [H3O+] en equilibrio corresponde a

la primera ionizacioacuten del aacutecido (Ka1)-(aq)

Hidroacutelisis de sales

RELACIOacuteN ENTRE Ka

Y Kb EN UN PAR AacuteCIDO ndash BASE

CONJUGADO

Si planteamos la ecuacioacuten que representa la reaccioacuten de un aacutecido deacutebil con el agua y su constante de acidez

HA + H2O Aminus + H3O

+ [Aminus] [H3O+]

Ka =

[HA]

Y hacemos lo mismo para su base conjugada Aminus + H2O HA + OHminus [HA] [OHminus]

Kb =

[Aminus]

Si ahora multiplicamos Ka x Kb tanto [Aminus] como [HA] se simplifican y queda

[Aminus] [H3O

+] [HA] [OHminus]

Ka Kb = = [H3O+] [OHminus] = KW

[HA] [Aminus]

Por lo tanto el producto de Ka Kb en un par aacutecido ndash base conjugado es igual

a la constante del producto ioacutenico del agua son inversamente proporcionales Como

KW es una constante eso indica que cuanto mayor es Ka menor seraacute Kb Cuanto maacutes

fuerte es el aacutecido maacutes deacutebil es su base conjugada y viceversa Aplicando menos el logaritmo decimal en ambos teacuterminos de la ecuacioacuten

KW = Ka Kb

minuslog KW = minuslog Ka + (minuslog Kb)

14

pKW = pKa + pKb

Esta ecuacioacuten en su forma original da la relacioacuten entre la constante de acidez de un aacutecido deacutebil y la constante de basicidad de su base conjugada Utilizaacutendola es muy faacutecil obtener el valor de una conociendo el de la otra La ecuacioacuten en la forma

logariacutetmica da la relacioacuten entre pKa y pKb a temperatura ambiente su suma es 14

Conociendo uno inmediatamente se puede conocer el otro Aacutecidos poliproacuteticos son los que pueden donar maacutes de 1 protoacuten

Es la reaccioacuten de los iones de una sal con el agua Asiacute las sales pueden producir que

una disolucioacuten de las mismas sea aacutecida baacutesica o neutra Soacutelo es apreciable cuando estos

iones son conjugados fuertes proceden de un aacutecido o una base deacutebil

Ejemplo de hidroacutelisis aacutecida (de un catioacuten) NH4+ + H3O

+ CH3 NH3

+

Ejemplo de hidroacutelisis baacutesica (de un anioacuten) CH3ndashCOO

ndash + H2O

+NO2

- ClO

-

TTiippooss ddee hhiiddrroacuteoacutelliissiiss

Seguacuten procedan el catioacuten y el anioacuten de un aacutecido o una base fuerte o deacutebil las sales se

clasifican en

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base fuerte

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base fuerte (Hidroacutelisis Baacutesica)

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base deacutebil (Hidroacutelisis Aacutecida)

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base deacutebil

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE FUERTE

SALES NEUTRAS

Ejemplo NaCl

NO SE PRODUCE HIDROacuteLISIS ya que tanto el Na+ que es un aacutecido muy deacutebil

como el Clndash que es una base muy deacutebil apenas reaccionan con agua (debido a que

procede de un acido fuerte) Es decir los equilibrios

Na+ + 2 H2O NaOH

+ H3O

+

Clndash + H2O HCl

+ OH

ndash

estaacuten muy desplazado hacia la izquierda y por tanto su reaccioacuten con el agua es

insignificante El pH en neutro debido a que el unico aporte de H3O+ es el proveniente

de agua y H3O+ = O H

- = 1 x 10

-7 pH = 7

HIDROacuteLISIS BAacuteSICA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL

Y BASE FUERTE SALES BASICAS

Ejemplo Na+CH3ndashCOO

ndash(Acetato de sodio)

15

Se produce HIDROacuteLISIS BAacuteSICA ya que el Na+ es un aacutecido muy deacutebil y apenas

reacciona con agua pero el CH3ndashCOOndash es una base relativamente fuerte y si reacciona

con eacutesta de forma significativa

CH3ndashCOOndash + H2O CH3ndashCOOH

+ OH

ndash Khb = Kw

Ka CH3 mdashCOOH(acido acetico)

lo que provoca que el pH gt 7 (disolucioacuten baacutesica)

HIDROacuteLISIS AacuteCIDA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE

DEacuteBILSALES ACIDAS

Ejemplo NH4Cl

Se produce HIDROacuteLISIS AacuteCIDA ya que el NH4+ es un aacutecido relativamente fuerte y

reacciona con agua mientras que el Clndash es una base deacutebil y no lo hace de forma

significativa

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw

KbNH3

lo que provoca que el pH lt 7 (disolucioacuten aacutecida)

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL Y BASE DEacuteBIL

Ejemplo NH4CN

En este caso tanto el catioacuten NH4+

como el anioacuten CNndash se hidrolizan y la disolucioacuten seraacute

aacutecida o baacutesica seguacuten queacute ioacuten se hidrolice en mayor grado

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw = 56 x 10

ndash10

KbNH3

CN- + H2O CNH + OH

- Khb = Kw = 2 x10

ndash5 M

KaCNH

Como Khb(CNndash) = 2 x10

ndash5 es mayor Kha(NH4

+) = 56 x 10

ndash10 en este caso la

disolucioacuten es baacutesica

Para saber con cual equilibrio se debe trabaja se evaluacutean las

magnitudes de las constantes de hidroacutelisis

Ejemplo

Sabiendo que Ka (HCN) = 40 middot 10ndash10 M calcular el pH y el grado de hidroacutelisis de

una disolucioacuten acuosa de NaCN 001 M

SOLUCIONES REGULADORAS (BUFFERS)AMORTIGUADORAS

Una solucioacuten reguladora del pH o buffer es una solucioacuten que tiene la

capacidad de amortiguar o minimizar los cambios de pH

16

Pequentildeas cantidades de iones H3O+ oacute OHminus que agregadas al agua o a una solucioacuten que

no tenga poder regulador hariacutean variar el pH en varias unidades al ser agregadas a un buffer producen un cambio de pH que es miacutenimo o inapreciable

La regulacioacuten del pH es muy importante no soacutelo cuando se hacen en el

laboratorio reacciones en las cuales el cambio en el pH puede afectar la reaccioacuten sino en todas las reacciones que ocurren en los organismos vivos Las reacciones bioloacutegicas estaacuten catalizadas (aceleradas) por enzimas que son proteiacutenas Las enzimas no solamente pueden destruirse (desnaturalizarse) con cambios bruscos de pH sino que tienen un rango de pH oacuteptimo para su trabajo Cuando se trabaja en el laboratorio con reacciones enzimaacuteticas es necesario regular el pH De la misma manera en los organismos vivos el pH estaacute regulado

Como ejemplo en nuestro organismo podemos citar la sangre El pH normal del plasma de la sangre medido a temperatura ambiente es aproximadamente 740 Valores de pH menores de 730 o mayores de 750 pueden provocar la muerte Como consecuencia de esto existen en la sangre varios sistemas que actuacutean como reguladores de los cuales los maacutes importantes son los pares H2CO3 HCO3

ndash y H2PO4ndash

HPO42ndash ademaacutes de las proteiacutenas entre las cuales en la sangre la principal es la

hemoglobina Ademaacutes tambieacuten existen en la sangre reguladores fisioloacutegicos del pH Para comprender como se forma una solucioacuten buffer veamos que ocurre si

colocamos en la misma solucioacuten un aacutecido deacutebil y su base conjugada Al hacer esto estaraacuten ocurriendo simultaacuteneamente las dos reacciones reversibles y los dos equilibrios se influiraacuten mutuamente cada uno afecta al otro

HA + H2O Aminus + H3O+

Ca minus xa xa xa

Aminus + H2O HA + OHminus

Ci (M) Ca exc 0 asymp 0 Cb exc 0

asymp 0

Ceq (M) Ca minus xa xa xa Cb minus xb

xb xb

Recordemos que la x es despreciable con respecto a la concentracioacuten inicial cuando la concentracioacuten inicial es grande o cuando el aacutecido o la base se disocian poco

(Ka o Kb chicas) En este caso si tenemos concentraciones razonablemente grandes de

Ca y Cb es mucho maacutes vaacutelido el despreciar xa y xb El equilibrio del aacutecido se veraacute

afectado por una gran concentracioacuten de Aminus (Cb) con lo cual el aacutecido se inonizaraacute menos

y a su vez el equilibrio de su base conjugada se veraacute afectado por una gran

17

concentracioacuten del aacutecido (Ca) y el estado de equilibrio estaraacute desplazado hacia la

formacioacuten de reactivos Por lo expresado en el paacuterrafo anterior la concentracioacuten del aacutecido en el

equilibrio seraacute Ca y la concentracioacuten de la base conjugada en el equilibrio seraacute Cb Si

planteamos la constante de ionizacioacuten del aacutecido queda

[Aminus] [H3O+] Cb [H3O

+] Ka Ca

Ka = = [H3O+] =

[HA] Ca Cb

Aplicando menos el logaritmo en ambos teacuterminos para que quede PH

minuslog [H3O+] = minuslog Ka + (minuslog Ca Cb )

Siendo minuslog Ca Cb = log Cb Ca queda

pH = pKa + log Cb Ca

Esta ecuacioacuten se conoce como ecuacioacuten de Henderson ndash Hasselbalch o ecuacioacuten buffer Una solucioacuten con estas caracteriacutesticas tendraacute la capacidad de regular el pH Ante el agregado de iones hidronio eacutestos se neutralizaraacuten con la base Aminus su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute en la misma cantidad la concentracioacuten en el equilibrio de el aacutecido HA pero al ir a la ecuacioacuten de Henderson este efecto queda minimizado por el logaritmo y el pH variacutea en forma miacutenima o inapreciable Lo mismo sucede ante el agregado de iones hidroacutexido eacutestos se neutralizaraacuten con el aacutecido HA su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute algo la concentracioacuten en el equilibrio de la base Aminus

Podemos poner lo expresado en ecuaciones que nos indican coacutemo actuacutea

una solucioacuten reguladora para amortiguar el cambio de pH ante el agregado de un aacutecido fuerte o una base fuerte Debemos recordar que un aacutecido o una base fuertes se disocian totalmente y por lo tanto el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un aacutecido monoproacutetico es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidronio y el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un hidroxido de un metal alcalino es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidroacutexido

Si tenemos el buffer formado por el aacutecido deacutebil HA y su base conjugada Aminus y

agregamos una pequentildea cantidad de moles de un aacutecido fuerte monoproacutetico (la misma de moles de iones hidronio) se produce

A minus + H3O

+ HA + H2O

La base deacutebil Aminus neutraliza los iones hidronio y forma agua Como la cantidad de iones hidronio agregada es pequentildea y la cantidad de Aminus es grande el estado de

18

equilibrio estaacute casi totalmente desplazado hacia los productos y por lo tanto puede considerarse como una reaccioacuten completa

Si agregamos una pequentildea cantidad de base fuerte (equivalente a agregar iones hidroacutexido) se produce

HA + OH minus A

minus + H2O

El aacutecido deacutebil HA neutraliza los iones hidroacutexido y forma agua Por igual razoacuten

que en el caso anterior tambieacuten puede considerarse como reaccioacuten completa

El buffer actuacutea neutralizando los agregados de iones hidronio o

hidroacutexido y formando agua con lo cual minimiza el cambio de pH de la

solucioacuten Esta es la accioacuten reguladora de un buffer

Para poder tener una solucioacuten buffer partimos de una solucioacuten que contiene un

aacutecido y una base deacutebiles conjugados Esta es la primera condicioacuten para que la solucioacuten tenga poder regulador El buffer se puede formar poniendo un aacutecido deacutebil y su base conjugada como sal de un aacutecido fuerte por ejemplo aacutecido aceacutetico y acetato de sodio o poniendo una base deacutebil y su aacutecido conjugado como sal de una base fuerte por ejemplo amoniacuteaco y cloruro de amonio (recordaacute lo explicado en el tema anterior

relacioacuten entre Ka y Kb en un par aacutecido base conjugado con respecto a las sales)

La segunda condicioacuten para que la solucioacuten tenga buen poder regulador es que tanto el aacutecido como su base conjugada esteacuten en concentraciones grandes No

solamente para que sea vaacutelido el desprecio de las x sino porque Ca y Cb son la

ldquoreservardquo del buffer para neutralizar el agregado de aacutecido o base Si el buffer es muy diluido soportaraacute menos agregado de iones H3O

+ oacute OHminus y en el caso extremo de que este agregado consuma totalmente al aacutecido o su base conjugada el buffer se destruye y la solucioacuten pierde por completo su capacidad reguladora En los buffers de uso maacutes

frecuente Ca y Cb se hallan entre 005 M y 100 M Dentro de este rango es vaacutelido

utilizar la ecuacioacuten de Henderson Queda una tercera condicioacuten experimentalmente puede concluirse que cuanto

menor sea la diferencia entre Ca y Cb es decir cuanto maacutes cercana a 1 sea la relacioacuten

Cb Ca mejor es el poder regulador del buffer Si 01 lt Cb Ca lt 10 o sea que una

no es maacutes de 10 veces mayor que la otra el sistema tiene una capacidad reguladora aceptable Matemaacuteticamente si se cumple esta condicioacuten el pH no puede variar en

maacutes de una unidad con respecto al pKa del aacutecido deacutebil que forma el buffer

Utilizando la ecuacioacuten de Henderson

pH = pKa + log Cb Ca

Si Cb Ca = 01 como log 01 = ndash1 pH = pKa ndash 1

Si Cb Ca = 1 como log 1 = 0 pH = pKa

19

Si Cb Ca = 10 como log 10 = 1 pH = pKa + 1

Resumiendo deben cumplirse estas tres condiciones para que una solucioacuten

tenga buen poder regulador si alguna de estas tres condiciones no se cumple la capacidad reguladora de la solucioacuten se veraacute disminuida o seraacute nula

Las tres condiciones para que una solucioacuten tenga buen poder regulador son

1) La solucioacuten debe contener un aacutecido deacutebil y su base deacutebil conjugada

2) Ca y Cb deben ser suficientemente grandes usualmente entre 005 M y

100 M 3) La relacioacuten Cb Ca debe estar entre 01 y 10

Indicadores Muchas sustancias presentan diferentes colores de acuerdo con el pH en que se disuelven y se

utilizan como indicadores Muchos indicadores son aacutecidos o bases orgaacutenicas deacutebiles

El equilibrio de un indicador aacutecido (HIn) se describe de manera general como

HIn + H2O harr In- + H3O+

La disociacioacuten del indicador se acompantildea con cambios en la estructura

El ojo humano es poco sensible por lo que se ha determinado que para que se pueda apreciar

uncambio de color La relacioacuten del indicador en forma aacutecida y baacutesica debe ser mayor o igual a

10 es

decir

HInge 10

In-

HInle 10

In-

pH = pKa + log In-

HIn

pH= pKa + log 1

10

ΔpH= pKa +-1 ΔpH 2

De donde se deduce que el ojo humano aprecia cambios de color perfectamente cuando el

cambio

de pH es al menos de dos unidades

Algunos indicadores de pH importantes

Azul de timol 12-18 165 rojo-amarillo

Naranja de metilo 31-5 346 rojo-naranja

Azul de bromotimol 62-76 71 amarillo-azul

Fenolftaleiacutena 83-10 - incolora-rosa

20

Page 5: EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS · 1 EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS Electrolitos. Electrolitos son las sustancias que originan iones libres al disolverse

5

NH3+ H2O rarr NH4+ + OH

-

b1 a2 a1 b2

Par base ndash acido conjugado

El agua es anfoacutetera puede actuar como aacutecido o como

base Cuanto maacutes fuerte es el aacutecido maacutes deacutebil es la

base conjugada

Teoriacutea de Lewis Aacutecidos y bases seguacuten Lewis

Aacutecido es una sustancia que puede formar un enlace covalente aceptando un par de electrones de una base

Base es una sustancia que posee un par de electrones sin compartir con el cual se

puede formar un enlace covalente con un aacutetomo una moleacutecula o un ion

Un ejemplo del concepto de Lewis pueden ser los siguientes

acido Base

H3N + BF3 H3N-BF3

Base acido

Fortaleza de los aacutecidos y bases

Aacutecidos Fuertes

Son electrolitos fuertes totalmente ionizados en solucioacuten

AH rarr A- + H+

HNO3(aq) + H2O(l) NO3-(aq) +H3O+(aq)

6

A1 b2 b1 a2

bull HCl bull HClO3 bull HBr bull HClO4bull HI bull H2SO4bull HNO3

La mayoriacutea de los hidroacutexidos ioacutenicos son bases fuertes (pej NaOH KOH RbOH

CsOH Ca(OH)2 Mg(OH)2 Ba(OH)2

Generalizando Aacutecidos y bases fuertes generan pares

conjugados deacutebiles incapaces de reaccionar con agua y

regenerar la especie que le dio origen

Aacutecidos deacutebiles bull Parcialmente ionizados en solucioacuten

HA(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + A-(aq)

Los aacutecidos y bases deacutebiles generan pares conjugados fuertes capaces de

regenerar la especie que le dio origen Establecieacutendose un equilibrio en

disolucioacuten acuosa caracterizado por una Kequil como se trata de un acido

se la llama ka

Ka [H] [A

- ] TABULADA PARA CADA ACIDO DEBIL

[HA]

A gt Ka rarr maacutes fuerte es el aacutecido

EJ TODOS LOS ACIDOS ORGANICOS Acido Acetico

CH3-COOH+ H2O H3O+ + CH3-COO-

Ka [H] [CH3COO

- ] x

[CH3-COOH]

Un acido fuerte la constante es infinitaEj

HCl + H2O rarr H3O+ + Cl

-

7

como des una disociacioacuten total de HCl inicial no queda

nada es decir es cero

Ka [H] [Cl- ]

0

BASES DEacuteBILES NH3(aq) + H2O(l) NH4+(aq) + OH-(aq)

Kb [H] [NH4+ ] x

[NH3 ]

NOMBRE FOacuteRMULA PRESENTE EN

Aacutecidos ORGANICOS

Aacutecido aceacutetico HC2H3O2 Vinagre

Aacutecido acetilsaliciacutelico

HC9H7O4 Aspirina

Aacutecido ascoacuterbico H2C6H6O6 Vitamina C

Aacutecido ciacutetrico H3C6H5O7 Jugo de limoacuten y de otros ciacutetricos

ACIDOS INORGANICOS Aacutecido clorhiacutedrico

HCI

Jugos gaacutestricos (liacutequidos digestivos del estoacutemago)

Aacutecido sulfuacuterico H2SO4 Pilas

Bases

Amoniacuteaco NH3 Limpiadores domeacutesticos (solucioacuten acuosa)

Hidroacutexido de calcio Ca(OH)2 Cal apagada (utilizada en construccioacuten)

Hidroacutexido de magnesio

Mg(OH)2 Lechada de magnesio (antiaacutecido y laxante)

8

Hidroacutexido de potasio (tambieacuten llamado potasa caacuteustica)

KOH Jaboacuten suave

Hidroacutexido de sodio NaOH Limpiadores de tuberiacuteas y hornos

EQUILIBRIO AacuteCIDO-BASE DEL AGUA La cesioacuten de protones por un aacutecido y la aceptacioacuten de protones por una base son

procesos reversibles Dado que este tipo de procesos desembocan al cabo de un cierto

tiempo en una situacioacuten de equilibrio su estudio puede efectuarse aplicando los

conceptos fundamentales del

equilibrio quiacutemico

El equilibrio aacutecido-base maacutes sencillo y fundamental a la vez es el que corresponde a la

disociacioacuten

del agua

H2O + H2O H3O+ + OH

-

-

base 1 aacutecido 2 aacutecido 1 base 2

Esta reaccioacuten pone de manifiesto que el agua puede actuar como una base (base 1)

ganando protones para convertirse en H3O+

(aacutecido 1) y puede actuar como un aacutecido (aacutecido 2) perdiendo protones para convertirse

en OH- (base 2) Se dice por ello que es una sustancia anfolita

Como pone de manifiesto la escasa conductividad del agua pura el equilibrio ioacutenico del

agua estaacute considerablemente desplazado hacia la izquierda lo que significa

que de acuerdo con la ley de accioacuten de masas su constante de equilibrio K es muy

pequentildea

K equil= [H3O+] [OH

-]

[H2O]2

Determinaciones experimentales de dicha constante a 25 ordmC han arrojado un valor para

K igual a 32 middot 10-18

lo que indica la existencia de una disociacioacuten pequentildea

La concentracioacuten de H2O es por tanto praacutecticamente igual a 1 000 glitro o en

teacuterminos de molaridad 5555 mollitro

[H2O] = 1000g 18gmol =555mollitro o M

1litro

Escribiendo la anterior expresioacuten en la forma

K [H2O]2= [H3O+] [OH-] y operando resulta

Kw=32 middot 10-18middot

(5555)2= [H3O+] [OH-] =1x 10

-14

9

1 x10-14

= [H3O+] [OH -

que se representa por Kw y se denomina producto ioacutenico del agua

HIDRACIDOS

Factores que afectan la fuerza del aacutecido H-X

H-X + H2O H3O+ + X

-

X =halogeno Cl-Br

-I

- F

-

(gt Polaridad gt acidez)

bullEnergiacutea de disociacioacuten del enlace

(gt Energiacutea lt acidez)

bullEstabilidad de la base conjugada X-

(gt estabilidad gt acidez)

Oxaacutecidos bull Estructura general Y-O-H

bull La fuerza del aacutecido depende de ldquoYrdquo y de los aacutetomos

unidos a eacutel

ndash Si Y es no metal

ndash Si la electronegatividad de Y es intermedia o alta se

tratariacutea de un aacutecido deacutebil

ndash A mayor nuacutemero de aacutetomos de O unidos a Y mayor

polaridad del enlace O-H mayor acidez

ndash A igualdad de nuacutemero de aacutetomos de O a mayor

electronegatividad de ldquoYrdquo mayor acidez

HOCl HClO2 HClO3 HClO4

Debil fuerte

Determinacioacuten de la Acidez y Basicidad de un medio Escala de pH

El pH es una medida relacionada con la concentracioacuten de iones hidroacutegeno (H+) A

mayor concentracioacuten de iones H+ maacutes aacutecida es la disolucioacuten y Cuanto maacutes baacutesica es

la disolucioacuten menos concentracioacuten de H+ hay y maacutes de OH

- Por consiguiente la

acidez o la alcalinidad de algo puede ser medida por su concentracioacuten de iones de

hidroacutegeno

10

En 1909 el bioquiacutemico daneacutes Soumlren Soumlrensen inventoacute la escala pH para medir la

acidez La escala pH estaacute descrita en la foacutermula

pH = -log [H3O+] Nota la concentracioacuten es comuacutemente abreviada usando

logaritmo por consiguiente H+] = concentracioacuten de ioacuten de

hidroacutegeno Cuando se mide el pH [H+] es una unidad de

moles H+ por litro de solucioacuten

Escala de pH y pOH

pH= -log H3O+

pOH= -log OH-

bull En agua pura a 25 C

[H+]= [OH-] = 100 x10-7 M

pH = 700 solucioacuten neutra

bull En soluciones aacutecidas

[H+] gt 100 10-7

pH lt 700

bull En soluciones baacutesicas

[H+] lt 100 10-7 pH gt 700

El pH de una disolucioacuten neutra (ni aacutecida ni baacutesica) es 7 El de las disoluciones aacutecidas es

menor de siete y el de las baacutesica mayor de siete

pH Tipo de disolucioacuten

lt 7 (menor que siete) aacutecida

= 7 neutra

gt 7 (mayor que siete) baacutesica

El color de una disolucioacuten a la que le hemos antildeadido indicador universal nos indicaraacute el

pH que tiene

11

[H+] pH Ejemplo

Aacutecidos

1 X 100 0 HCl

1 x 10-1

1 Aumlcido estomacal

1 x 10-2

2 Jugo de limoacuten

1 x 10-3

3 Vinagre

1 x 10-4

4 Soda

1 x 10-5

5 Agua de lluvia

1 x 10-6

6 Leche

Neutral 1 x 10-7

7 Agua pura

Bases

1 x 10-8

8 Claras de huevo

1 x 10-9

9 Levadura

1 x 10-10

10 antiaacutecidos

1 x 10-11

11 Amoniacuteaco

1 x 10-12

12 Caliza Mineral - Ca(OH)2

1 x 10-13

13

1 x 10-14

14 NaOH

Tambieacuten existen unos aparatos (pHmetros) que nos indican el valor numeacuterico del pH

Estos aparatos deben calibrarse previamente con disoluciones que tiene un pH

conocidoTambien se utilizan tiras reactivas que contiene un colorante organico que

cambia de color seguacuten el pH

12

Relacioacuten entre pH y pOH

pKw = -log Kw -logw =-log ([H3 O

+][OH- ]) =-log10x 10- 14

pKw=-log[H O ]- log[OH ]= 1400

pKw =pH +pOH

Aacutecidos deacutebiles Grado de disociacioacuten 0tra forma de evaluar la ionizacioacuten de un acido deacutebil

es con el grado de ionizacioacuten o de ionizacioacuten

Para el acido acetico= CH3-COOH+ H2O H3O+ + CH3-COO

-

= CH3-COO - x100 = ionizado

x 100 - CH3-COOH inicial

bull A mayor α maacutes fuerte es el aacutecido

bull α disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten

inicial del aacutecido

bull Ej

AcH 005 M rarr α = 20

AcH 015 M rarr α = 10

Aacutecidos deacutebiles Aacutecidos poliproacuteticos bull Tienen maacutes de un protoacuten ionizable

bull La disociacioacuten se realiza en pasos

Ej

13

H2SO3(aq) +H2O H3O+(aq) + HSO3- Ka1 = 17 x 10

-2

HSO3-(aq) +H2O H3O+ (aq) + SO3=(aq)Ka2 = 64 x 10

-8

bull La remocioacuten del primer protoacuten es siempre maacutes faacutecil

que la de los restantes

bull Ka1 gt Ka2 gt Ka3hellip

bull La mayor parte de la [H3O+] en equilibrio corresponde a

la primera ionizacioacuten del aacutecido (Ka1)-(aq)

Hidroacutelisis de sales

RELACIOacuteN ENTRE Ka

Y Kb EN UN PAR AacuteCIDO ndash BASE

CONJUGADO

Si planteamos la ecuacioacuten que representa la reaccioacuten de un aacutecido deacutebil con el agua y su constante de acidez

HA + H2O Aminus + H3O

+ [Aminus] [H3O+]

Ka =

[HA]

Y hacemos lo mismo para su base conjugada Aminus + H2O HA + OHminus [HA] [OHminus]

Kb =

[Aminus]

Si ahora multiplicamos Ka x Kb tanto [Aminus] como [HA] se simplifican y queda

[Aminus] [H3O

+] [HA] [OHminus]

Ka Kb = = [H3O+] [OHminus] = KW

[HA] [Aminus]

Por lo tanto el producto de Ka Kb en un par aacutecido ndash base conjugado es igual

a la constante del producto ioacutenico del agua son inversamente proporcionales Como

KW es una constante eso indica que cuanto mayor es Ka menor seraacute Kb Cuanto maacutes

fuerte es el aacutecido maacutes deacutebil es su base conjugada y viceversa Aplicando menos el logaritmo decimal en ambos teacuterminos de la ecuacioacuten

KW = Ka Kb

minuslog KW = minuslog Ka + (minuslog Kb)

14

pKW = pKa + pKb

Esta ecuacioacuten en su forma original da la relacioacuten entre la constante de acidez de un aacutecido deacutebil y la constante de basicidad de su base conjugada Utilizaacutendola es muy faacutecil obtener el valor de una conociendo el de la otra La ecuacioacuten en la forma

logariacutetmica da la relacioacuten entre pKa y pKb a temperatura ambiente su suma es 14

Conociendo uno inmediatamente se puede conocer el otro Aacutecidos poliproacuteticos son los que pueden donar maacutes de 1 protoacuten

Es la reaccioacuten de los iones de una sal con el agua Asiacute las sales pueden producir que

una disolucioacuten de las mismas sea aacutecida baacutesica o neutra Soacutelo es apreciable cuando estos

iones son conjugados fuertes proceden de un aacutecido o una base deacutebil

Ejemplo de hidroacutelisis aacutecida (de un catioacuten) NH4+ + H3O

+ CH3 NH3

+

Ejemplo de hidroacutelisis baacutesica (de un anioacuten) CH3ndashCOO

ndash + H2O

+NO2

- ClO

-

TTiippooss ddee hhiiddrroacuteoacutelliissiiss

Seguacuten procedan el catioacuten y el anioacuten de un aacutecido o una base fuerte o deacutebil las sales se

clasifican en

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base fuerte

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base fuerte (Hidroacutelisis Baacutesica)

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base deacutebil (Hidroacutelisis Aacutecida)

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base deacutebil

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE FUERTE

SALES NEUTRAS

Ejemplo NaCl

NO SE PRODUCE HIDROacuteLISIS ya que tanto el Na+ que es un aacutecido muy deacutebil

como el Clndash que es una base muy deacutebil apenas reaccionan con agua (debido a que

procede de un acido fuerte) Es decir los equilibrios

Na+ + 2 H2O NaOH

+ H3O

+

Clndash + H2O HCl

+ OH

ndash

estaacuten muy desplazado hacia la izquierda y por tanto su reaccioacuten con el agua es

insignificante El pH en neutro debido a que el unico aporte de H3O+ es el proveniente

de agua y H3O+ = O H

- = 1 x 10

-7 pH = 7

HIDROacuteLISIS BAacuteSICA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL

Y BASE FUERTE SALES BASICAS

Ejemplo Na+CH3ndashCOO

ndash(Acetato de sodio)

15

Se produce HIDROacuteLISIS BAacuteSICA ya que el Na+ es un aacutecido muy deacutebil y apenas

reacciona con agua pero el CH3ndashCOOndash es una base relativamente fuerte y si reacciona

con eacutesta de forma significativa

CH3ndashCOOndash + H2O CH3ndashCOOH

+ OH

ndash Khb = Kw

Ka CH3 mdashCOOH(acido acetico)

lo que provoca que el pH gt 7 (disolucioacuten baacutesica)

HIDROacuteLISIS AacuteCIDA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE

DEacuteBILSALES ACIDAS

Ejemplo NH4Cl

Se produce HIDROacuteLISIS AacuteCIDA ya que el NH4+ es un aacutecido relativamente fuerte y

reacciona con agua mientras que el Clndash es una base deacutebil y no lo hace de forma

significativa

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw

KbNH3

lo que provoca que el pH lt 7 (disolucioacuten aacutecida)

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL Y BASE DEacuteBIL

Ejemplo NH4CN

En este caso tanto el catioacuten NH4+

como el anioacuten CNndash se hidrolizan y la disolucioacuten seraacute

aacutecida o baacutesica seguacuten queacute ioacuten se hidrolice en mayor grado

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw = 56 x 10

ndash10

KbNH3

CN- + H2O CNH + OH

- Khb = Kw = 2 x10

ndash5 M

KaCNH

Como Khb(CNndash) = 2 x10

ndash5 es mayor Kha(NH4

+) = 56 x 10

ndash10 en este caso la

disolucioacuten es baacutesica

Para saber con cual equilibrio se debe trabaja se evaluacutean las

magnitudes de las constantes de hidroacutelisis

Ejemplo

Sabiendo que Ka (HCN) = 40 middot 10ndash10 M calcular el pH y el grado de hidroacutelisis de

una disolucioacuten acuosa de NaCN 001 M

SOLUCIONES REGULADORAS (BUFFERS)AMORTIGUADORAS

Una solucioacuten reguladora del pH o buffer es una solucioacuten que tiene la

capacidad de amortiguar o minimizar los cambios de pH

16

Pequentildeas cantidades de iones H3O+ oacute OHminus que agregadas al agua o a una solucioacuten que

no tenga poder regulador hariacutean variar el pH en varias unidades al ser agregadas a un buffer producen un cambio de pH que es miacutenimo o inapreciable

La regulacioacuten del pH es muy importante no soacutelo cuando se hacen en el

laboratorio reacciones en las cuales el cambio en el pH puede afectar la reaccioacuten sino en todas las reacciones que ocurren en los organismos vivos Las reacciones bioloacutegicas estaacuten catalizadas (aceleradas) por enzimas que son proteiacutenas Las enzimas no solamente pueden destruirse (desnaturalizarse) con cambios bruscos de pH sino que tienen un rango de pH oacuteptimo para su trabajo Cuando se trabaja en el laboratorio con reacciones enzimaacuteticas es necesario regular el pH De la misma manera en los organismos vivos el pH estaacute regulado

Como ejemplo en nuestro organismo podemos citar la sangre El pH normal del plasma de la sangre medido a temperatura ambiente es aproximadamente 740 Valores de pH menores de 730 o mayores de 750 pueden provocar la muerte Como consecuencia de esto existen en la sangre varios sistemas que actuacutean como reguladores de los cuales los maacutes importantes son los pares H2CO3 HCO3

ndash y H2PO4ndash

HPO42ndash ademaacutes de las proteiacutenas entre las cuales en la sangre la principal es la

hemoglobina Ademaacutes tambieacuten existen en la sangre reguladores fisioloacutegicos del pH Para comprender como se forma una solucioacuten buffer veamos que ocurre si

colocamos en la misma solucioacuten un aacutecido deacutebil y su base conjugada Al hacer esto estaraacuten ocurriendo simultaacuteneamente las dos reacciones reversibles y los dos equilibrios se influiraacuten mutuamente cada uno afecta al otro

HA + H2O Aminus + H3O+

Ca minus xa xa xa

Aminus + H2O HA + OHminus

Ci (M) Ca exc 0 asymp 0 Cb exc 0

asymp 0

Ceq (M) Ca minus xa xa xa Cb minus xb

xb xb

Recordemos que la x es despreciable con respecto a la concentracioacuten inicial cuando la concentracioacuten inicial es grande o cuando el aacutecido o la base se disocian poco

(Ka o Kb chicas) En este caso si tenemos concentraciones razonablemente grandes de

Ca y Cb es mucho maacutes vaacutelido el despreciar xa y xb El equilibrio del aacutecido se veraacute

afectado por una gran concentracioacuten de Aminus (Cb) con lo cual el aacutecido se inonizaraacute menos

y a su vez el equilibrio de su base conjugada se veraacute afectado por una gran

17

concentracioacuten del aacutecido (Ca) y el estado de equilibrio estaraacute desplazado hacia la

formacioacuten de reactivos Por lo expresado en el paacuterrafo anterior la concentracioacuten del aacutecido en el

equilibrio seraacute Ca y la concentracioacuten de la base conjugada en el equilibrio seraacute Cb Si

planteamos la constante de ionizacioacuten del aacutecido queda

[Aminus] [H3O+] Cb [H3O

+] Ka Ca

Ka = = [H3O+] =

[HA] Ca Cb

Aplicando menos el logaritmo en ambos teacuterminos para que quede PH

minuslog [H3O+] = minuslog Ka + (minuslog Ca Cb )

Siendo minuslog Ca Cb = log Cb Ca queda

pH = pKa + log Cb Ca

Esta ecuacioacuten se conoce como ecuacioacuten de Henderson ndash Hasselbalch o ecuacioacuten buffer Una solucioacuten con estas caracteriacutesticas tendraacute la capacidad de regular el pH Ante el agregado de iones hidronio eacutestos se neutralizaraacuten con la base Aminus su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute en la misma cantidad la concentracioacuten en el equilibrio de el aacutecido HA pero al ir a la ecuacioacuten de Henderson este efecto queda minimizado por el logaritmo y el pH variacutea en forma miacutenima o inapreciable Lo mismo sucede ante el agregado de iones hidroacutexido eacutestos se neutralizaraacuten con el aacutecido HA su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute algo la concentracioacuten en el equilibrio de la base Aminus

Podemos poner lo expresado en ecuaciones que nos indican coacutemo actuacutea

una solucioacuten reguladora para amortiguar el cambio de pH ante el agregado de un aacutecido fuerte o una base fuerte Debemos recordar que un aacutecido o una base fuertes se disocian totalmente y por lo tanto el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un aacutecido monoproacutetico es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidronio y el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un hidroxido de un metal alcalino es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidroacutexido

Si tenemos el buffer formado por el aacutecido deacutebil HA y su base conjugada Aminus y

agregamos una pequentildea cantidad de moles de un aacutecido fuerte monoproacutetico (la misma de moles de iones hidronio) se produce

A minus + H3O

+ HA + H2O

La base deacutebil Aminus neutraliza los iones hidronio y forma agua Como la cantidad de iones hidronio agregada es pequentildea y la cantidad de Aminus es grande el estado de

18

equilibrio estaacute casi totalmente desplazado hacia los productos y por lo tanto puede considerarse como una reaccioacuten completa

Si agregamos una pequentildea cantidad de base fuerte (equivalente a agregar iones hidroacutexido) se produce

HA + OH minus A

minus + H2O

El aacutecido deacutebil HA neutraliza los iones hidroacutexido y forma agua Por igual razoacuten

que en el caso anterior tambieacuten puede considerarse como reaccioacuten completa

El buffer actuacutea neutralizando los agregados de iones hidronio o

hidroacutexido y formando agua con lo cual minimiza el cambio de pH de la

solucioacuten Esta es la accioacuten reguladora de un buffer

Para poder tener una solucioacuten buffer partimos de una solucioacuten que contiene un

aacutecido y una base deacutebiles conjugados Esta es la primera condicioacuten para que la solucioacuten tenga poder regulador El buffer se puede formar poniendo un aacutecido deacutebil y su base conjugada como sal de un aacutecido fuerte por ejemplo aacutecido aceacutetico y acetato de sodio o poniendo una base deacutebil y su aacutecido conjugado como sal de una base fuerte por ejemplo amoniacuteaco y cloruro de amonio (recordaacute lo explicado en el tema anterior

relacioacuten entre Ka y Kb en un par aacutecido base conjugado con respecto a las sales)

La segunda condicioacuten para que la solucioacuten tenga buen poder regulador es que tanto el aacutecido como su base conjugada esteacuten en concentraciones grandes No

solamente para que sea vaacutelido el desprecio de las x sino porque Ca y Cb son la

ldquoreservardquo del buffer para neutralizar el agregado de aacutecido o base Si el buffer es muy diluido soportaraacute menos agregado de iones H3O

+ oacute OHminus y en el caso extremo de que este agregado consuma totalmente al aacutecido o su base conjugada el buffer se destruye y la solucioacuten pierde por completo su capacidad reguladora En los buffers de uso maacutes

frecuente Ca y Cb se hallan entre 005 M y 100 M Dentro de este rango es vaacutelido

utilizar la ecuacioacuten de Henderson Queda una tercera condicioacuten experimentalmente puede concluirse que cuanto

menor sea la diferencia entre Ca y Cb es decir cuanto maacutes cercana a 1 sea la relacioacuten

Cb Ca mejor es el poder regulador del buffer Si 01 lt Cb Ca lt 10 o sea que una

no es maacutes de 10 veces mayor que la otra el sistema tiene una capacidad reguladora aceptable Matemaacuteticamente si se cumple esta condicioacuten el pH no puede variar en

maacutes de una unidad con respecto al pKa del aacutecido deacutebil que forma el buffer

Utilizando la ecuacioacuten de Henderson

pH = pKa + log Cb Ca

Si Cb Ca = 01 como log 01 = ndash1 pH = pKa ndash 1

Si Cb Ca = 1 como log 1 = 0 pH = pKa

19

Si Cb Ca = 10 como log 10 = 1 pH = pKa + 1

Resumiendo deben cumplirse estas tres condiciones para que una solucioacuten

tenga buen poder regulador si alguna de estas tres condiciones no se cumple la capacidad reguladora de la solucioacuten se veraacute disminuida o seraacute nula

Las tres condiciones para que una solucioacuten tenga buen poder regulador son

1) La solucioacuten debe contener un aacutecido deacutebil y su base deacutebil conjugada

2) Ca y Cb deben ser suficientemente grandes usualmente entre 005 M y

100 M 3) La relacioacuten Cb Ca debe estar entre 01 y 10

Indicadores Muchas sustancias presentan diferentes colores de acuerdo con el pH en que se disuelven y se

utilizan como indicadores Muchos indicadores son aacutecidos o bases orgaacutenicas deacutebiles

El equilibrio de un indicador aacutecido (HIn) se describe de manera general como

HIn + H2O harr In- + H3O+

La disociacioacuten del indicador se acompantildea con cambios en la estructura

El ojo humano es poco sensible por lo que se ha determinado que para que se pueda apreciar

uncambio de color La relacioacuten del indicador en forma aacutecida y baacutesica debe ser mayor o igual a

10 es

decir

HInge 10

In-

HInle 10

In-

pH = pKa + log In-

HIn

pH= pKa + log 1

10

ΔpH= pKa +-1 ΔpH 2

De donde se deduce que el ojo humano aprecia cambios de color perfectamente cuando el

cambio

de pH es al menos de dos unidades

Algunos indicadores de pH importantes

Azul de timol 12-18 165 rojo-amarillo

Naranja de metilo 31-5 346 rojo-naranja

Azul de bromotimol 62-76 71 amarillo-azul

Fenolftaleiacutena 83-10 - incolora-rosa

20

Page 6: EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS · 1 EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS Electrolitos. Electrolitos son las sustancias que originan iones libres al disolverse

6

A1 b2 b1 a2

bull HCl bull HClO3 bull HBr bull HClO4bull HI bull H2SO4bull HNO3

La mayoriacutea de los hidroacutexidos ioacutenicos son bases fuertes (pej NaOH KOH RbOH

CsOH Ca(OH)2 Mg(OH)2 Ba(OH)2

Generalizando Aacutecidos y bases fuertes generan pares

conjugados deacutebiles incapaces de reaccionar con agua y

regenerar la especie que le dio origen

Aacutecidos deacutebiles bull Parcialmente ionizados en solucioacuten

HA(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + A-(aq)

Los aacutecidos y bases deacutebiles generan pares conjugados fuertes capaces de

regenerar la especie que le dio origen Establecieacutendose un equilibrio en

disolucioacuten acuosa caracterizado por una Kequil como se trata de un acido

se la llama ka

Ka [H] [A

- ] TABULADA PARA CADA ACIDO DEBIL

[HA]

A gt Ka rarr maacutes fuerte es el aacutecido

EJ TODOS LOS ACIDOS ORGANICOS Acido Acetico

CH3-COOH+ H2O H3O+ + CH3-COO-

Ka [H] [CH3COO

- ] x

[CH3-COOH]

Un acido fuerte la constante es infinitaEj

HCl + H2O rarr H3O+ + Cl

-

7

como des una disociacioacuten total de HCl inicial no queda

nada es decir es cero

Ka [H] [Cl- ]

0

BASES DEacuteBILES NH3(aq) + H2O(l) NH4+(aq) + OH-(aq)

Kb [H] [NH4+ ] x

[NH3 ]

NOMBRE FOacuteRMULA PRESENTE EN

Aacutecidos ORGANICOS

Aacutecido aceacutetico HC2H3O2 Vinagre

Aacutecido acetilsaliciacutelico

HC9H7O4 Aspirina

Aacutecido ascoacuterbico H2C6H6O6 Vitamina C

Aacutecido ciacutetrico H3C6H5O7 Jugo de limoacuten y de otros ciacutetricos

ACIDOS INORGANICOS Aacutecido clorhiacutedrico

HCI

Jugos gaacutestricos (liacutequidos digestivos del estoacutemago)

Aacutecido sulfuacuterico H2SO4 Pilas

Bases

Amoniacuteaco NH3 Limpiadores domeacutesticos (solucioacuten acuosa)

Hidroacutexido de calcio Ca(OH)2 Cal apagada (utilizada en construccioacuten)

Hidroacutexido de magnesio

Mg(OH)2 Lechada de magnesio (antiaacutecido y laxante)

8

Hidroacutexido de potasio (tambieacuten llamado potasa caacuteustica)

KOH Jaboacuten suave

Hidroacutexido de sodio NaOH Limpiadores de tuberiacuteas y hornos

EQUILIBRIO AacuteCIDO-BASE DEL AGUA La cesioacuten de protones por un aacutecido y la aceptacioacuten de protones por una base son

procesos reversibles Dado que este tipo de procesos desembocan al cabo de un cierto

tiempo en una situacioacuten de equilibrio su estudio puede efectuarse aplicando los

conceptos fundamentales del

equilibrio quiacutemico

El equilibrio aacutecido-base maacutes sencillo y fundamental a la vez es el que corresponde a la

disociacioacuten

del agua

H2O + H2O H3O+ + OH

-

-

base 1 aacutecido 2 aacutecido 1 base 2

Esta reaccioacuten pone de manifiesto que el agua puede actuar como una base (base 1)

ganando protones para convertirse en H3O+

(aacutecido 1) y puede actuar como un aacutecido (aacutecido 2) perdiendo protones para convertirse

en OH- (base 2) Se dice por ello que es una sustancia anfolita

Como pone de manifiesto la escasa conductividad del agua pura el equilibrio ioacutenico del

agua estaacute considerablemente desplazado hacia la izquierda lo que significa

que de acuerdo con la ley de accioacuten de masas su constante de equilibrio K es muy

pequentildea

K equil= [H3O+] [OH

-]

[H2O]2

Determinaciones experimentales de dicha constante a 25 ordmC han arrojado un valor para

K igual a 32 middot 10-18

lo que indica la existencia de una disociacioacuten pequentildea

La concentracioacuten de H2O es por tanto praacutecticamente igual a 1 000 glitro o en

teacuterminos de molaridad 5555 mollitro

[H2O] = 1000g 18gmol =555mollitro o M

1litro

Escribiendo la anterior expresioacuten en la forma

K [H2O]2= [H3O+] [OH-] y operando resulta

Kw=32 middot 10-18middot

(5555)2= [H3O+] [OH-] =1x 10

-14

9

1 x10-14

= [H3O+] [OH -

que se representa por Kw y se denomina producto ioacutenico del agua

HIDRACIDOS

Factores que afectan la fuerza del aacutecido H-X

H-X + H2O H3O+ + X

-

X =halogeno Cl-Br

-I

- F

-

(gt Polaridad gt acidez)

bullEnergiacutea de disociacioacuten del enlace

(gt Energiacutea lt acidez)

bullEstabilidad de la base conjugada X-

(gt estabilidad gt acidez)

Oxaacutecidos bull Estructura general Y-O-H

bull La fuerza del aacutecido depende de ldquoYrdquo y de los aacutetomos

unidos a eacutel

ndash Si Y es no metal

ndash Si la electronegatividad de Y es intermedia o alta se

tratariacutea de un aacutecido deacutebil

ndash A mayor nuacutemero de aacutetomos de O unidos a Y mayor

polaridad del enlace O-H mayor acidez

ndash A igualdad de nuacutemero de aacutetomos de O a mayor

electronegatividad de ldquoYrdquo mayor acidez

HOCl HClO2 HClO3 HClO4

Debil fuerte

Determinacioacuten de la Acidez y Basicidad de un medio Escala de pH

El pH es una medida relacionada con la concentracioacuten de iones hidroacutegeno (H+) A

mayor concentracioacuten de iones H+ maacutes aacutecida es la disolucioacuten y Cuanto maacutes baacutesica es

la disolucioacuten menos concentracioacuten de H+ hay y maacutes de OH

- Por consiguiente la

acidez o la alcalinidad de algo puede ser medida por su concentracioacuten de iones de

hidroacutegeno

10

En 1909 el bioquiacutemico daneacutes Soumlren Soumlrensen inventoacute la escala pH para medir la

acidez La escala pH estaacute descrita en la foacutermula

pH = -log [H3O+] Nota la concentracioacuten es comuacutemente abreviada usando

logaritmo por consiguiente H+] = concentracioacuten de ioacuten de

hidroacutegeno Cuando se mide el pH [H+] es una unidad de

moles H+ por litro de solucioacuten

Escala de pH y pOH

pH= -log H3O+

pOH= -log OH-

bull En agua pura a 25 C

[H+]= [OH-] = 100 x10-7 M

pH = 700 solucioacuten neutra

bull En soluciones aacutecidas

[H+] gt 100 10-7

pH lt 700

bull En soluciones baacutesicas

[H+] lt 100 10-7 pH gt 700

El pH de una disolucioacuten neutra (ni aacutecida ni baacutesica) es 7 El de las disoluciones aacutecidas es

menor de siete y el de las baacutesica mayor de siete

pH Tipo de disolucioacuten

lt 7 (menor que siete) aacutecida

= 7 neutra

gt 7 (mayor que siete) baacutesica

El color de una disolucioacuten a la que le hemos antildeadido indicador universal nos indicaraacute el

pH que tiene

11

[H+] pH Ejemplo

Aacutecidos

1 X 100 0 HCl

1 x 10-1

1 Aumlcido estomacal

1 x 10-2

2 Jugo de limoacuten

1 x 10-3

3 Vinagre

1 x 10-4

4 Soda

1 x 10-5

5 Agua de lluvia

1 x 10-6

6 Leche

Neutral 1 x 10-7

7 Agua pura

Bases

1 x 10-8

8 Claras de huevo

1 x 10-9

9 Levadura

1 x 10-10

10 antiaacutecidos

1 x 10-11

11 Amoniacuteaco

1 x 10-12

12 Caliza Mineral - Ca(OH)2

1 x 10-13

13

1 x 10-14

14 NaOH

Tambieacuten existen unos aparatos (pHmetros) que nos indican el valor numeacuterico del pH

Estos aparatos deben calibrarse previamente con disoluciones que tiene un pH

conocidoTambien se utilizan tiras reactivas que contiene un colorante organico que

cambia de color seguacuten el pH

12

Relacioacuten entre pH y pOH

pKw = -log Kw -logw =-log ([H3 O

+][OH- ]) =-log10x 10- 14

pKw=-log[H O ]- log[OH ]= 1400

pKw =pH +pOH

Aacutecidos deacutebiles Grado de disociacioacuten 0tra forma de evaluar la ionizacioacuten de un acido deacutebil

es con el grado de ionizacioacuten o de ionizacioacuten

Para el acido acetico= CH3-COOH+ H2O H3O+ + CH3-COO

-

= CH3-COO - x100 = ionizado

x 100 - CH3-COOH inicial

bull A mayor α maacutes fuerte es el aacutecido

bull α disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten

inicial del aacutecido

bull Ej

AcH 005 M rarr α = 20

AcH 015 M rarr α = 10

Aacutecidos deacutebiles Aacutecidos poliproacuteticos bull Tienen maacutes de un protoacuten ionizable

bull La disociacioacuten se realiza en pasos

Ej

13

H2SO3(aq) +H2O H3O+(aq) + HSO3- Ka1 = 17 x 10

-2

HSO3-(aq) +H2O H3O+ (aq) + SO3=(aq)Ka2 = 64 x 10

-8

bull La remocioacuten del primer protoacuten es siempre maacutes faacutecil

que la de los restantes

bull Ka1 gt Ka2 gt Ka3hellip

bull La mayor parte de la [H3O+] en equilibrio corresponde a

la primera ionizacioacuten del aacutecido (Ka1)-(aq)

Hidroacutelisis de sales

RELACIOacuteN ENTRE Ka

Y Kb EN UN PAR AacuteCIDO ndash BASE

CONJUGADO

Si planteamos la ecuacioacuten que representa la reaccioacuten de un aacutecido deacutebil con el agua y su constante de acidez

HA + H2O Aminus + H3O

+ [Aminus] [H3O+]

Ka =

[HA]

Y hacemos lo mismo para su base conjugada Aminus + H2O HA + OHminus [HA] [OHminus]

Kb =

[Aminus]

Si ahora multiplicamos Ka x Kb tanto [Aminus] como [HA] se simplifican y queda

[Aminus] [H3O

+] [HA] [OHminus]

Ka Kb = = [H3O+] [OHminus] = KW

[HA] [Aminus]

Por lo tanto el producto de Ka Kb en un par aacutecido ndash base conjugado es igual

a la constante del producto ioacutenico del agua son inversamente proporcionales Como

KW es una constante eso indica que cuanto mayor es Ka menor seraacute Kb Cuanto maacutes

fuerte es el aacutecido maacutes deacutebil es su base conjugada y viceversa Aplicando menos el logaritmo decimal en ambos teacuterminos de la ecuacioacuten

KW = Ka Kb

minuslog KW = minuslog Ka + (minuslog Kb)

14

pKW = pKa + pKb

Esta ecuacioacuten en su forma original da la relacioacuten entre la constante de acidez de un aacutecido deacutebil y la constante de basicidad de su base conjugada Utilizaacutendola es muy faacutecil obtener el valor de una conociendo el de la otra La ecuacioacuten en la forma

logariacutetmica da la relacioacuten entre pKa y pKb a temperatura ambiente su suma es 14

Conociendo uno inmediatamente se puede conocer el otro Aacutecidos poliproacuteticos son los que pueden donar maacutes de 1 protoacuten

Es la reaccioacuten de los iones de una sal con el agua Asiacute las sales pueden producir que

una disolucioacuten de las mismas sea aacutecida baacutesica o neutra Soacutelo es apreciable cuando estos

iones son conjugados fuertes proceden de un aacutecido o una base deacutebil

Ejemplo de hidroacutelisis aacutecida (de un catioacuten) NH4+ + H3O

+ CH3 NH3

+

Ejemplo de hidroacutelisis baacutesica (de un anioacuten) CH3ndashCOO

ndash + H2O

+NO2

- ClO

-

TTiippooss ddee hhiiddrroacuteoacutelliissiiss

Seguacuten procedan el catioacuten y el anioacuten de un aacutecido o una base fuerte o deacutebil las sales se

clasifican en

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base fuerte

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base fuerte (Hidroacutelisis Baacutesica)

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base deacutebil (Hidroacutelisis Aacutecida)

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base deacutebil

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE FUERTE

SALES NEUTRAS

Ejemplo NaCl

NO SE PRODUCE HIDROacuteLISIS ya que tanto el Na+ que es un aacutecido muy deacutebil

como el Clndash que es una base muy deacutebil apenas reaccionan con agua (debido a que

procede de un acido fuerte) Es decir los equilibrios

Na+ + 2 H2O NaOH

+ H3O

+

Clndash + H2O HCl

+ OH

ndash

estaacuten muy desplazado hacia la izquierda y por tanto su reaccioacuten con el agua es

insignificante El pH en neutro debido a que el unico aporte de H3O+ es el proveniente

de agua y H3O+ = O H

- = 1 x 10

-7 pH = 7

HIDROacuteLISIS BAacuteSICA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL

Y BASE FUERTE SALES BASICAS

Ejemplo Na+CH3ndashCOO

ndash(Acetato de sodio)

15

Se produce HIDROacuteLISIS BAacuteSICA ya que el Na+ es un aacutecido muy deacutebil y apenas

reacciona con agua pero el CH3ndashCOOndash es una base relativamente fuerte y si reacciona

con eacutesta de forma significativa

CH3ndashCOOndash + H2O CH3ndashCOOH

+ OH

ndash Khb = Kw

Ka CH3 mdashCOOH(acido acetico)

lo que provoca que el pH gt 7 (disolucioacuten baacutesica)

HIDROacuteLISIS AacuteCIDA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE

DEacuteBILSALES ACIDAS

Ejemplo NH4Cl

Se produce HIDROacuteLISIS AacuteCIDA ya que el NH4+ es un aacutecido relativamente fuerte y

reacciona con agua mientras que el Clndash es una base deacutebil y no lo hace de forma

significativa

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw

KbNH3

lo que provoca que el pH lt 7 (disolucioacuten aacutecida)

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL Y BASE DEacuteBIL

Ejemplo NH4CN

En este caso tanto el catioacuten NH4+

como el anioacuten CNndash se hidrolizan y la disolucioacuten seraacute

aacutecida o baacutesica seguacuten queacute ioacuten se hidrolice en mayor grado

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw = 56 x 10

ndash10

KbNH3

CN- + H2O CNH + OH

- Khb = Kw = 2 x10

ndash5 M

KaCNH

Como Khb(CNndash) = 2 x10

ndash5 es mayor Kha(NH4

+) = 56 x 10

ndash10 en este caso la

disolucioacuten es baacutesica

Para saber con cual equilibrio se debe trabaja se evaluacutean las

magnitudes de las constantes de hidroacutelisis

Ejemplo

Sabiendo que Ka (HCN) = 40 middot 10ndash10 M calcular el pH y el grado de hidroacutelisis de

una disolucioacuten acuosa de NaCN 001 M

SOLUCIONES REGULADORAS (BUFFERS)AMORTIGUADORAS

Una solucioacuten reguladora del pH o buffer es una solucioacuten que tiene la

capacidad de amortiguar o minimizar los cambios de pH

16

Pequentildeas cantidades de iones H3O+ oacute OHminus que agregadas al agua o a una solucioacuten que

no tenga poder regulador hariacutean variar el pH en varias unidades al ser agregadas a un buffer producen un cambio de pH que es miacutenimo o inapreciable

La regulacioacuten del pH es muy importante no soacutelo cuando se hacen en el

laboratorio reacciones en las cuales el cambio en el pH puede afectar la reaccioacuten sino en todas las reacciones que ocurren en los organismos vivos Las reacciones bioloacutegicas estaacuten catalizadas (aceleradas) por enzimas que son proteiacutenas Las enzimas no solamente pueden destruirse (desnaturalizarse) con cambios bruscos de pH sino que tienen un rango de pH oacuteptimo para su trabajo Cuando se trabaja en el laboratorio con reacciones enzimaacuteticas es necesario regular el pH De la misma manera en los organismos vivos el pH estaacute regulado

Como ejemplo en nuestro organismo podemos citar la sangre El pH normal del plasma de la sangre medido a temperatura ambiente es aproximadamente 740 Valores de pH menores de 730 o mayores de 750 pueden provocar la muerte Como consecuencia de esto existen en la sangre varios sistemas que actuacutean como reguladores de los cuales los maacutes importantes son los pares H2CO3 HCO3

ndash y H2PO4ndash

HPO42ndash ademaacutes de las proteiacutenas entre las cuales en la sangre la principal es la

hemoglobina Ademaacutes tambieacuten existen en la sangre reguladores fisioloacutegicos del pH Para comprender como se forma una solucioacuten buffer veamos que ocurre si

colocamos en la misma solucioacuten un aacutecido deacutebil y su base conjugada Al hacer esto estaraacuten ocurriendo simultaacuteneamente las dos reacciones reversibles y los dos equilibrios se influiraacuten mutuamente cada uno afecta al otro

HA + H2O Aminus + H3O+

Ca minus xa xa xa

Aminus + H2O HA + OHminus

Ci (M) Ca exc 0 asymp 0 Cb exc 0

asymp 0

Ceq (M) Ca minus xa xa xa Cb minus xb

xb xb

Recordemos que la x es despreciable con respecto a la concentracioacuten inicial cuando la concentracioacuten inicial es grande o cuando el aacutecido o la base se disocian poco

(Ka o Kb chicas) En este caso si tenemos concentraciones razonablemente grandes de

Ca y Cb es mucho maacutes vaacutelido el despreciar xa y xb El equilibrio del aacutecido se veraacute

afectado por una gran concentracioacuten de Aminus (Cb) con lo cual el aacutecido se inonizaraacute menos

y a su vez el equilibrio de su base conjugada se veraacute afectado por una gran

17

concentracioacuten del aacutecido (Ca) y el estado de equilibrio estaraacute desplazado hacia la

formacioacuten de reactivos Por lo expresado en el paacuterrafo anterior la concentracioacuten del aacutecido en el

equilibrio seraacute Ca y la concentracioacuten de la base conjugada en el equilibrio seraacute Cb Si

planteamos la constante de ionizacioacuten del aacutecido queda

[Aminus] [H3O+] Cb [H3O

+] Ka Ca

Ka = = [H3O+] =

[HA] Ca Cb

Aplicando menos el logaritmo en ambos teacuterminos para que quede PH

minuslog [H3O+] = minuslog Ka + (minuslog Ca Cb )

Siendo minuslog Ca Cb = log Cb Ca queda

pH = pKa + log Cb Ca

Esta ecuacioacuten se conoce como ecuacioacuten de Henderson ndash Hasselbalch o ecuacioacuten buffer Una solucioacuten con estas caracteriacutesticas tendraacute la capacidad de regular el pH Ante el agregado de iones hidronio eacutestos se neutralizaraacuten con la base Aminus su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute en la misma cantidad la concentracioacuten en el equilibrio de el aacutecido HA pero al ir a la ecuacioacuten de Henderson este efecto queda minimizado por el logaritmo y el pH variacutea en forma miacutenima o inapreciable Lo mismo sucede ante el agregado de iones hidroacutexido eacutestos se neutralizaraacuten con el aacutecido HA su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute algo la concentracioacuten en el equilibrio de la base Aminus

Podemos poner lo expresado en ecuaciones que nos indican coacutemo actuacutea

una solucioacuten reguladora para amortiguar el cambio de pH ante el agregado de un aacutecido fuerte o una base fuerte Debemos recordar que un aacutecido o una base fuertes se disocian totalmente y por lo tanto el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un aacutecido monoproacutetico es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidronio y el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un hidroxido de un metal alcalino es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidroacutexido

Si tenemos el buffer formado por el aacutecido deacutebil HA y su base conjugada Aminus y

agregamos una pequentildea cantidad de moles de un aacutecido fuerte monoproacutetico (la misma de moles de iones hidronio) se produce

A minus + H3O

+ HA + H2O

La base deacutebil Aminus neutraliza los iones hidronio y forma agua Como la cantidad de iones hidronio agregada es pequentildea y la cantidad de Aminus es grande el estado de

18

equilibrio estaacute casi totalmente desplazado hacia los productos y por lo tanto puede considerarse como una reaccioacuten completa

Si agregamos una pequentildea cantidad de base fuerte (equivalente a agregar iones hidroacutexido) se produce

HA + OH minus A

minus + H2O

El aacutecido deacutebil HA neutraliza los iones hidroacutexido y forma agua Por igual razoacuten

que en el caso anterior tambieacuten puede considerarse como reaccioacuten completa

El buffer actuacutea neutralizando los agregados de iones hidronio o

hidroacutexido y formando agua con lo cual minimiza el cambio de pH de la

solucioacuten Esta es la accioacuten reguladora de un buffer

Para poder tener una solucioacuten buffer partimos de una solucioacuten que contiene un

aacutecido y una base deacutebiles conjugados Esta es la primera condicioacuten para que la solucioacuten tenga poder regulador El buffer se puede formar poniendo un aacutecido deacutebil y su base conjugada como sal de un aacutecido fuerte por ejemplo aacutecido aceacutetico y acetato de sodio o poniendo una base deacutebil y su aacutecido conjugado como sal de una base fuerte por ejemplo amoniacuteaco y cloruro de amonio (recordaacute lo explicado en el tema anterior

relacioacuten entre Ka y Kb en un par aacutecido base conjugado con respecto a las sales)

La segunda condicioacuten para que la solucioacuten tenga buen poder regulador es que tanto el aacutecido como su base conjugada esteacuten en concentraciones grandes No

solamente para que sea vaacutelido el desprecio de las x sino porque Ca y Cb son la

ldquoreservardquo del buffer para neutralizar el agregado de aacutecido o base Si el buffer es muy diluido soportaraacute menos agregado de iones H3O

+ oacute OHminus y en el caso extremo de que este agregado consuma totalmente al aacutecido o su base conjugada el buffer se destruye y la solucioacuten pierde por completo su capacidad reguladora En los buffers de uso maacutes

frecuente Ca y Cb se hallan entre 005 M y 100 M Dentro de este rango es vaacutelido

utilizar la ecuacioacuten de Henderson Queda una tercera condicioacuten experimentalmente puede concluirse que cuanto

menor sea la diferencia entre Ca y Cb es decir cuanto maacutes cercana a 1 sea la relacioacuten

Cb Ca mejor es el poder regulador del buffer Si 01 lt Cb Ca lt 10 o sea que una

no es maacutes de 10 veces mayor que la otra el sistema tiene una capacidad reguladora aceptable Matemaacuteticamente si se cumple esta condicioacuten el pH no puede variar en

maacutes de una unidad con respecto al pKa del aacutecido deacutebil que forma el buffer

Utilizando la ecuacioacuten de Henderson

pH = pKa + log Cb Ca

Si Cb Ca = 01 como log 01 = ndash1 pH = pKa ndash 1

Si Cb Ca = 1 como log 1 = 0 pH = pKa

19

Si Cb Ca = 10 como log 10 = 1 pH = pKa + 1

Resumiendo deben cumplirse estas tres condiciones para que una solucioacuten

tenga buen poder regulador si alguna de estas tres condiciones no se cumple la capacidad reguladora de la solucioacuten se veraacute disminuida o seraacute nula

Las tres condiciones para que una solucioacuten tenga buen poder regulador son

1) La solucioacuten debe contener un aacutecido deacutebil y su base deacutebil conjugada

2) Ca y Cb deben ser suficientemente grandes usualmente entre 005 M y

100 M 3) La relacioacuten Cb Ca debe estar entre 01 y 10

Indicadores Muchas sustancias presentan diferentes colores de acuerdo con el pH en que se disuelven y se

utilizan como indicadores Muchos indicadores son aacutecidos o bases orgaacutenicas deacutebiles

El equilibrio de un indicador aacutecido (HIn) se describe de manera general como

HIn + H2O harr In- + H3O+

La disociacioacuten del indicador se acompantildea con cambios en la estructura

El ojo humano es poco sensible por lo que se ha determinado que para que se pueda apreciar

uncambio de color La relacioacuten del indicador en forma aacutecida y baacutesica debe ser mayor o igual a

10 es

decir

HInge 10

In-

HInle 10

In-

pH = pKa + log In-

HIn

pH= pKa + log 1

10

ΔpH= pKa +-1 ΔpH 2

De donde se deduce que el ojo humano aprecia cambios de color perfectamente cuando el

cambio

de pH es al menos de dos unidades

Algunos indicadores de pH importantes

Azul de timol 12-18 165 rojo-amarillo

Naranja de metilo 31-5 346 rojo-naranja

Azul de bromotimol 62-76 71 amarillo-azul

Fenolftaleiacutena 83-10 - incolora-rosa

20

Page 7: EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS · 1 EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS Electrolitos. Electrolitos son las sustancias que originan iones libres al disolverse

7

como des una disociacioacuten total de HCl inicial no queda

nada es decir es cero

Ka [H] [Cl- ]

0

BASES DEacuteBILES NH3(aq) + H2O(l) NH4+(aq) + OH-(aq)

Kb [H] [NH4+ ] x

[NH3 ]

NOMBRE FOacuteRMULA PRESENTE EN

Aacutecidos ORGANICOS

Aacutecido aceacutetico HC2H3O2 Vinagre

Aacutecido acetilsaliciacutelico

HC9H7O4 Aspirina

Aacutecido ascoacuterbico H2C6H6O6 Vitamina C

Aacutecido ciacutetrico H3C6H5O7 Jugo de limoacuten y de otros ciacutetricos

ACIDOS INORGANICOS Aacutecido clorhiacutedrico

HCI

Jugos gaacutestricos (liacutequidos digestivos del estoacutemago)

Aacutecido sulfuacuterico H2SO4 Pilas

Bases

Amoniacuteaco NH3 Limpiadores domeacutesticos (solucioacuten acuosa)

Hidroacutexido de calcio Ca(OH)2 Cal apagada (utilizada en construccioacuten)

Hidroacutexido de magnesio

Mg(OH)2 Lechada de magnesio (antiaacutecido y laxante)

8

Hidroacutexido de potasio (tambieacuten llamado potasa caacuteustica)

KOH Jaboacuten suave

Hidroacutexido de sodio NaOH Limpiadores de tuberiacuteas y hornos

EQUILIBRIO AacuteCIDO-BASE DEL AGUA La cesioacuten de protones por un aacutecido y la aceptacioacuten de protones por una base son

procesos reversibles Dado que este tipo de procesos desembocan al cabo de un cierto

tiempo en una situacioacuten de equilibrio su estudio puede efectuarse aplicando los

conceptos fundamentales del

equilibrio quiacutemico

El equilibrio aacutecido-base maacutes sencillo y fundamental a la vez es el que corresponde a la

disociacioacuten

del agua

H2O + H2O H3O+ + OH

-

-

base 1 aacutecido 2 aacutecido 1 base 2

Esta reaccioacuten pone de manifiesto que el agua puede actuar como una base (base 1)

ganando protones para convertirse en H3O+

(aacutecido 1) y puede actuar como un aacutecido (aacutecido 2) perdiendo protones para convertirse

en OH- (base 2) Se dice por ello que es una sustancia anfolita

Como pone de manifiesto la escasa conductividad del agua pura el equilibrio ioacutenico del

agua estaacute considerablemente desplazado hacia la izquierda lo que significa

que de acuerdo con la ley de accioacuten de masas su constante de equilibrio K es muy

pequentildea

K equil= [H3O+] [OH

-]

[H2O]2

Determinaciones experimentales de dicha constante a 25 ordmC han arrojado un valor para

K igual a 32 middot 10-18

lo que indica la existencia de una disociacioacuten pequentildea

La concentracioacuten de H2O es por tanto praacutecticamente igual a 1 000 glitro o en

teacuterminos de molaridad 5555 mollitro

[H2O] = 1000g 18gmol =555mollitro o M

1litro

Escribiendo la anterior expresioacuten en la forma

K [H2O]2= [H3O+] [OH-] y operando resulta

Kw=32 middot 10-18middot

(5555)2= [H3O+] [OH-] =1x 10

-14

9

1 x10-14

= [H3O+] [OH -

que se representa por Kw y se denomina producto ioacutenico del agua

HIDRACIDOS

Factores que afectan la fuerza del aacutecido H-X

H-X + H2O H3O+ + X

-

X =halogeno Cl-Br

-I

- F

-

(gt Polaridad gt acidez)

bullEnergiacutea de disociacioacuten del enlace

(gt Energiacutea lt acidez)

bullEstabilidad de la base conjugada X-

(gt estabilidad gt acidez)

Oxaacutecidos bull Estructura general Y-O-H

bull La fuerza del aacutecido depende de ldquoYrdquo y de los aacutetomos

unidos a eacutel

ndash Si Y es no metal

ndash Si la electronegatividad de Y es intermedia o alta se

tratariacutea de un aacutecido deacutebil

ndash A mayor nuacutemero de aacutetomos de O unidos a Y mayor

polaridad del enlace O-H mayor acidez

ndash A igualdad de nuacutemero de aacutetomos de O a mayor

electronegatividad de ldquoYrdquo mayor acidez

HOCl HClO2 HClO3 HClO4

Debil fuerte

Determinacioacuten de la Acidez y Basicidad de un medio Escala de pH

El pH es una medida relacionada con la concentracioacuten de iones hidroacutegeno (H+) A

mayor concentracioacuten de iones H+ maacutes aacutecida es la disolucioacuten y Cuanto maacutes baacutesica es

la disolucioacuten menos concentracioacuten de H+ hay y maacutes de OH

- Por consiguiente la

acidez o la alcalinidad de algo puede ser medida por su concentracioacuten de iones de

hidroacutegeno

10

En 1909 el bioquiacutemico daneacutes Soumlren Soumlrensen inventoacute la escala pH para medir la

acidez La escala pH estaacute descrita en la foacutermula

pH = -log [H3O+] Nota la concentracioacuten es comuacutemente abreviada usando

logaritmo por consiguiente H+] = concentracioacuten de ioacuten de

hidroacutegeno Cuando se mide el pH [H+] es una unidad de

moles H+ por litro de solucioacuten

Escala de pH y pOH

pH= -log H3O+

pOH= -log OH-

bull En agua pura a 25 C

[H+]= [OH-] = 100 x10-7 M

pH = 700 solucioacuten neutra

bull En soluciones aacutecidas

[H+] gt 100 10-7

pH lt 700

bull En soluciones baacutesicas

[H+] lt 100 10-7 pH gt 700

El pH de una disolucioacuten neutra (ni aacutecida ni baacutesica) es 7 El de las disoluciones aacutecidas es

menor de siete y el de las baacutesica mayor de siete

pH Tipo de disolucioacuten

lt 7 (menor que siete) aacutecida

= 7 neutra

gt 7 (mayor que siete) baacutesica

El color de una disolucioacuten a la que le hemos antildeadido indicador universal nos indicaraacute el

pH que tiene

11

[H+] pH Ejemplo

Aacutecidos

1 X 100 0 HCl

1 x 10-1

1 Aumlcido estomacal

1 x 10-2

2 Jugo de limoacuten

1 x 10-3

3 Vinagre

1 x 10-4

4 Soda

1 x 10-5

5 Agua de lluvia

1 x 10-6

6 Leche

Neutral 1 x 10-7

7 Agua pura

Bases

1 x 10-8

8 Claras de huevo

1 x 10-9

9 Levadura

1 x 10-10

10 antiaacutecidos

1 x 10-11

11 Amoniacuteaco

1 x 10-12

12 Caliza Mineral - Ca(OH)2

1 x 10-13

13

1 x 10-14

14 NaOH

Tambieacuten existen unos aparatos (pHmetros) que nos indican el valor numeacuterico del pH

Estos aparatos deben calibrarse previamente con disoluciones que tiene un pH

conocidoTambien se utilizan tiras reactivas que contiene un colorante organico que

cambia de color seguacuten el pH

12

Relacioacuten entre pH y pOH

pKw = -log Kw -logw =-log ([H3 O

+][OH- ]) =-log10x 10- 14

pKw=-log[H O ]- log[OH ]= 1400

pKw =pH +pOH

Aacutecidos deacutebiles Grado de disociacioacuten 0tra forma de evaluar la ionizacioacuten de un acido deacutebil

es con el grado de ionizacioacuten o de ionizacioacuten

Para el acido acetico= CH3-COOH+ H2O H3O+ + CH3-COO

-

= CH3-COO - x100 = ionizado

x 100 - CH3-COOH inicial

bull A mayor α maacutes fuerte es el aacutecido

bull α disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten

inicial del aacutecido

bull Ej

AcH 005 M rarr α = 20

AcH 015 M rarr α = 10

Aacutecidos deacutebiles Aacutecidos poliproacuteticos bull Tienen maacutes de un protoacuten ionizable

bull La disociacioacuten se realiza en pasos

Ej

13

H2SO3(aq) +H2O H3O+(aq) + HSO3- Ka1 = 17 x 10

-2

HSO3-(aq) +H2O H3O+ (aq) + SO3=(aq)Ka2 = 64 x 10

-8

bull La remocioacuten del primer protoacuten es siempre maacutes faacutecil

que la de los restantes

bull Ka1 gt Ka2 gt Ka3hellip

bull La mayor parte de la [H3O+] en equilibrio corresponde a

la primera ionizacioacuten del aacutecido (Ka1)-(aq)

Hidroacutelisis de sales

RELACIOacuteN ENTRE Ka

Y Kb EN UN PAR AacuteCIDO ndash BASE

CONJUGADO

Si planteamos la ecuacioacuten que representa la reaccioacuten de un aacutecido deacutebil con el agua y su constante de acidez

HA + H2O Aminus + H3O

+ [Aminus] [H3O+]

Ka =

[HA]

Y hacemos lo mismo para su base conjugada Aminus + H2O HA + OHminus [HA] [OHminus]

Kb =

[Aminus]

Si ahora multiplicamos Ka x Kb tanto [Aminus] como [HA] se simplifican y queda

[Aminus] [H3O

+] [HA] [OHminus]

Ka Kb = = [H3O+] [OHminus] = KW

[HA] [Aminus]

Por lo tanto el producto de Ka Kb en un par aacutecido ndash base conjugado es igual

a la constante del producto ioacutenico del agua son inversamente proporcionales Como

KW es una constante eso indica que cuanto mayor es Ka menor seraacute Kb Cuanto maacutes

fuerte es el aacutecido maacutes deacutebil es su base conjugada y viceversa Aplicando menos el logaritmo decimal en ambos teacuterminos de la ecuacioacuten

KW = Ka Kb

minuslog KW = minuslog Ka + (minuslog Kb)

14

pKW = pKa + pKb

Esta ecuacioacuten en su forma original da la relacioacuten entre la constante de acidez de un aacutecido deacutebil y la constante de basicidad de su base conjugada Utilizaacutendola es muy faacutecil obtener el valor de una conociendo el de la otra La ecuacioacuten en la forma

logariacutetmica da la relacioacuten entre pKa y pKb a temperatura ambiente su suma es 14

Conociendo uno inmediatamente se puede conocer el otro Aacutecidos poliproacuteticos son los que pueden donar maacutes de 1 protoacuten

Es la reaccioacuten de los iones de una sal con el agua Asiacute las sales pueden producir que

una disolucioacuten de las mismas sea aacutecida baacutesica o neutra Soacutelo es apreciable cuando estos

iones son conjugados fuertes proceden de un aacutecido o una base deacutebil

Ejemplo de hidroacutelisis aacutecida (de un catioacuten) NH4+ + H3O

+ CH3 NH3

+

Ejemplo de hidroacutelisis baacutesica (de un anioacuten) CH3ndashCOO

ndash + H2O

+NO2

- ClO

-

TTiippooss ddee hhiiddrroacuteoacutelliissiiss

Seguacuten procedan el catioacuten y el anioacuten de un aacutecido o una base fuerte o deacutebil las sales se

clasifican en

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base fuerte

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base fuerte (Hidroacutelisis Baacutesica)

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base deacutebil (Hidroacutelisis Aacutecida)

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base deacutebil

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE FUERTE

SALES NEUTRAS

Ejemplo NaCl

NO SE PRODUCE HIDROacuteLISIS ya que tanto el Na+ que es un aacutecido muy deacutebil

como el Clndash que es una base muy deacutebil apenas reaccionan con agua (debido a que

procede de un acido fuerte) Es decir los equilibrios

Na+ + 2 H2O NaOH

+ H3O

+

Clndash + H2O HCl

+ OH

ndash

estaacuten muy desplazado hacia la izquierda y por tanto su reaccioacuten con el agua es

insignificante El pH en neutro debido a que el unico aporte de H3O+ es el proveniente

de agua y H3O+ = O H

- = 1 x 10

-7 pH = 7

HIDROacuteLISIS BAacuteSICA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL

Y BASE FUERTE SALES BASICAS

Ejemplo Na+CH3ndashCOO

ndash(Acetato de sodio)

15

Se produce HIDROacuteLISIS BAacuteSICA ya que el Na+ es un aacutecido muy deacutebil y apenas

reacciona con agua pero el CH3ndashCOOndash es una base relativamente fuerte y si reacciona

con eacutesta de forma significativa

CH3ndashCOOndash + H2O CH3ndashCOOH

+ OH

ndash Khb = Kw

Ka CH3 mdashCOOH(acido acetico)

lo que provoca que el pH gt 7 (disolucioacuten baacutesica)

HIDROacuteLISIS AacuteCIDA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE

DEacuteBILSALES ACIDAS

Ejemplo NH4Cl

Se produce HIDROacuteLISIS AacuteCIDA ya que el NH4+ es un aacutecido relativamente fuerte y

reacciona con agua mientras que el Clndash es una base deacutebil y no lo hace de forma

significativa

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw

KbNH3

lo que provoca que el pH lt 7 (disolucioacuten aacutecida)

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL Y BASE DEacuteBIL

Ejemplo NH4CN

En este caso tanto el catioacuten NH4+

como el anioacuten CNndash se hidrolizan y la disolucioacuten seraacute

aacutecida o baacutesica seguacuten queacute ioacuten se hidrolice en mayor grado

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw = 56 x 10

ndash10

KbNH3

CN- + H2O CNH + OH

- Khb = Kw = 2 x10

ndash5 M

KaCNH

Como Khb(CNndash) = 2 x10

ndash5 es mayor Kha(NH4

+) = 56 x 10

ndash10 en este caso la

disolucioacuten es baacutesica

Para saber con cual equilibrio se debe trabaja se evaluacutean las

magnitudes de las constantes de hidroacutelisis

Ejemplo

Sabiendo que Ka (HCN) = 40 middot 10ndash10 M calcular el pH y el grado de hidroacutelisis de

una disolucioacuten acuosa de NaCN 001 M

SOLUCIONES REGULADORAS (BUFFERS)AMORTIGUADORAS

Una solucioacuten reguladora del pH o buffer es una solucioacuten que tiene la

capacidad de amortiguar o minimizar los cambios de pH

16

Pequentildeas cantidades de iones H3O+ oacute OHminus que agregadas al agua o a una solucioacuten que

no tenga poder regulador hariacutean variar el pH en varias unidades al ser agregadas a un buffer producen un cambio de pH que es miacutenimo o inapreciable

La regulacioacuten del pH es muy importante no soacutelo cuando se hacen en el

laboratorio reacciones en las cuales el cambio en el pH puede afectar la reaccioacuten sino en todas las reacciones que ocurren en los organismos vivos Las reacciones bioloacutegicas estaacuten catalizadas (aceleradas) por enzimas que son proteiacutenas Las enzimas no solamente pueden destruirse (desnaturalizarse) con cambios bruscos de pH sino que tienen un rango de pH oacuteptimo para su trabajo Cuando se trabaja en el laboratorio con reacciones enzimaacuteticas es necesario regular el pH De la misma manera en los organismos vivos el pH estaacute regulado

Como ejemplo en nuestro organismo podemos citar la sangre El pH normal del plasma de la sangre medido a temperatura ambiente es aproximadamente 740 Valores de pH menores de 730 o mayores de 750 pueden provocar la muerte Como consecuencia de esto existen en la sangre varios sistemas que actuacutean como reguladores de los cuales los maacutes importantes son los pares H2CO3 HCO3

ndash y H2PO4ndash

HPO42ndash ademaacutes de las proteiacutenas entre las cuales en la sangre la principal es la

hemoglobina Ademaacutes tambieacuten existen en la sangre reguladores fisioloacutegicos del pH Para comprender como se forma una solucioacuten buffer veamos que ocurre si

colocamos en la misma solucioacuten un aacutecido deacutebil y su base conjugada Al hacer esto estaraacuten ocurriendo simultaacuteneamente las dos reacciones reversibles y los dos equilibrios se influiraacuten mutuamente cada uno afecta al otro

HA + H2O Aminus + H3O+

Ca minus xa xa xa

Aminus + H2O HA + OHminus

Ci (M) Ca exc 0 asymp 0 Cb exc 0

asymp 0

Ceq (M) Ca minus xa xa xa Cb minus xb

xb xb

Recordemos que la x es despreciable con respecto a la concentracioacuten inicial cuando la concentracioacuten inicial es grande o cuando el aacutecido o la base se disocian poco

(Ka o Kb chicas) En este caso si tenemos concentraciones razonablemente grandes de

Ca y Cb es mucho maacutes vaacutelido el despreciar xa y xb El equilibrio del aacutecido se veraacute

afectado por una gran concentracioacuten de Aminus (Cb) con lo cual el aacutecido se inonizaraacute menos

y a su vez el equilibrio de su base conjugada se veraacute afectado por una gran

17

concentracioacuten del aacutecido (Ca) y el estado de equilibrio estaraacute desplazado hacia la

formacioacuten de reactivos Por lo expresado en el paacuterrafo anterior la concentracioacuten del aacutecido en el

equilibrio seraacute Ca y la concentracioacuten de la base conjugada en el equilibrio seraacute Cb Si

planteamos la constante de ionizacioacuten del aacutecido queda

[Aminus] [H3O+] Cb [H3O

+] Ka Ca

Ka = = [H3O+] =

[HA] Ca Cb

Aplicando menos el logaritmo en ambos teacuterminos para que quede PH

minuslog [H3O+] = minuslog Ka + (minuslog Ca Cb )

Siendo minuslog Ca Cb = log Cb Ca queda

pH = pKa + log Cb Ca

Esta ecuacioacuten se conoce como ecuacioacuten de Henderson ndash Hasselbalch o ecuacioacuten buffer Una solucioacuten con estas caracteriacutesticas tendraacute la capacidad de regular el pH Ante el agregado de iones hidronio eacutestos se neutralizaraacuten con la base Aminus su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute en la misma cantidad la concentracioacuten en el equilibrio de el aacutecido HA pero al ir a la ecuacioacuten de Henderson este efecto queda minimizado por el logaritmo y el pH variacutea en forma miacutenima o inapreciable Lo mismo sucede ante el agregado de iones hidroacutexido eacutestos se neutralizaraacuten con el aacutecido HA su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute algo la concentracioacuten en el equilibrio de la base Aminus

Podemos poner lo expresado en ecuaciones que nos indican coacutemo actuacutea

una solucioacuten reguladora para amortiguar el cambio de pH ante el agregado de un aacutecido fuerte o una base fuerte Debemos recordar que un aacutecido o una base fuertes se disocian totalmente y por lo tanto el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un aacutecido monoproacutetico es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidronio y el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un hidroxido de un metal alcalino es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidroacutexido

Si tenemos el buffer formado por el aacutecido deacutebil HA y su base conjugada Aminus y

agregamos una pequentildea cantidad de moles de un aacutecido fuerte monoproacutetico (la misma de moles de iones hidronio) se produce

A minus + H3O

+ HA + H2O

La base deacutebil Aminus neutraliza los iones hidronio y forma agua Como la cantidad de iones hidronio agregada es pequentildea y la cantidad de Aminus es grande el estado de

18

equilibrio estaacute casi totalmente desplazado hacia los productos y por lo tanto puede considerarse como una reaccioacuten completa

Si agregamos una pequentildea cantidad de base fuerte (equivalente a agregar iones hidroacutexido) se produce

HA + OH minus A

minus + H2O

El aacutecido deacutebil HA neutraliza los iones hidroacutexido y forma agua Por igual razoacuten

que en el caso anterior tambieacuten puede considerarse como reaccioacuten completa

El buffer actuacutea neutralizando los agregados de iones hidronio o

hidroacutexido y formando agua con lo cual minimiza el cambio de pH de la

solucioacuten Esta es la accioacuten reguladora de un buffer

Para poder tener una solucioacuten buffer partimos de una solucioacuten que contiene un

aacutecido y una base deacutebiles conjugados Esta es la primera condicioacuten para que la solucioacuten tenga poder regulador El buffer se puede formar poniendo un aacutecido deacutebil y su base conjugada como sal de un aacutecido fuerte por ejemplo aacutecido aceacutetico y acetato de sodio o poniendo una base deacutebil y su aacutecido conjugado como sal de una base fuerte por ejemplo amoniacuteaco y cloruro de amonio (recordaacute lo explicado en el tema anterior

relacioacuten entre Ka y Kb en un par aacutecido base conjugado con respecto a las sales)

La segunda condicioacuten para que la solucioacuten tenga buen poder regulador es que tanto el aacutecido como su base conjugada esteacuten en concentraciones grandes No

solamente para que sea vaacutelido el desprecio de las x sino porque Ca y Cb son la

ldquoreservardquo del buffer para neutralizar el agregado de aacutecido o base Si el buffer es muy diluido soportaraacute menos agregado de iones H3O

+ oacute OHminus y en el caso extremo de que este agregado consuma totalmente al aacutecido o su base conjugada el buffer se destruye y la solucioacuten pierde por completo su capacidad reguladora En los buffers de uso maacutes

frecuente Ca y Cb se hallan entre 005 M y 100 M Dentro de este rango es vaacutelido

utilizar la ecuacioacuten de Henderson Queda una tercera condicioacuten experimentalmente puede concluirse que cuanto

menor sea la diferencia entre Ca y Cb es decir cuanto maacutes cercana a 1 sea la relacioacuten

Cb Ca mejor es el poder regulador del buffer Si 01 lt Cb Ca lt 10 o sea que una

no es maacutes de 10 veces mayor que la otra el sistema tiene una capacidad reguladora aceptable Matemaacuteticamente si se cumple esta condicioacuten el pH no puede variar en

maacutes de una unidad con respecto al pKa del aacutecido deacutebil que forma el buffer

Utilizando la ecuacioacuten de Henderson

pH = pKa + log Cb Ca

Si Cb Ca = 01 como log 01 = ndash1 pH = pKa ndash 1

Si Cb Ca = 1 como log 1 = 0 pH = pKa

19

Si Cb Ca = 10 como log 10 = 1 pH = pKa + 1

Resumiendo deben cumplirse estas tres condiciones para que una solucioacuten

tenga buen poder regulador si alguna de estas tres condiciones no se cumple la capacidad reguladora de la solucioacuten se veraacute disminuida o seraacute nula

Las tres condiciones para que una solucioacuten tenga buen poder regulador son

1) La solucioacuten debe contener un aacutecido deacutebil y su base deacutebil conjugada

2) Ca y Cb deben ser suficientemente grandes usualmente entre 005 M y

100 M 3) La relacioacuten Cb Ca debe estar entre 01 y 10

Indicadores Muchas sustancias presentan diferentes colores de acuerdo con el pH en que se disuelven y se

utilizan como indicadores Muchos indicadores son aacutecidos o bases orgaacutenicas deacutebiles

El equilibrio de un indicador aacutecido (HIn) se describe de manera general como

HIn + H2O harr In- + H3O+

La disociacioacuten del indicador se acompantildea con cambios en la estructura

El ojo humano es poco sensible por lo que se ha determinado que para que se pueda apreciar

uncambio de color La relacioacuten del indicador en forma aacutecida y baacutesica debe ser mayor o igual a

10 es

decir

HInge 10

In-

HInle 10

In-

pH = pKa + log In-

HIn

pH= pKa + log 1

10

ΔpH= pKa +-1 ΔpH 2

De donde se deduce que el ojo humano aprecia cambios de color perfectamente cuando el

cambio

de pH es al menos de dos unidades

Algunos indicadores de pH importantes

Azul de timol 12-18 165 rojo-amarillo

Naranja de metilo 31-5 346 rojo-naranja

Azul de bromotimol 62-76 71 amarillo-azul

Fenolftaleiacutena 83-10 - incolora-rosa

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Page 8: EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS · 1 EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS Electrolitos. Electrolitos son las sustancias que originan iones libres al disolverse

8

Hidroacutexido de potasio (tambieacuten llamado potasa caacuteustica)

KOH Jaboacuten suave

Hidroacutexido de sodio NaOH Limpiadores de tuberiacuteas y hornos

EQUILIBRIO AacuteCIDO-BASE DEL AGUA La cesioacuten de protones por un aacutecido y la aceptacioacuten de protones por una base son

procesos reversibles Dado que este tipo de procesos desembocan al cabo de un cierto

tiempo en una situacioacuten de equilibrio su estudio puede efectuarse aplicando los

conceptos fundamentales del

equilibrio quiacutemico

El equilibrio aacutecido-base maacutes sencillo y fundamental a la vez es el que corresponde a la

disociacioacuten

del agua

H2O + H2O H3O+ + OH

-

-

base 1 aacutecido 2 aacutecido 1 base 2

Esta reaccioacuten pone de manifiesto que el agua puede actuar como una base (base 1)

ganando protones para convertirse en H3O+

(aacutecido 1) y puede actuar como un aacutecido (aacutecido 2) perdiendo protones para convertirse

en OH- (base 2) Se dice por ello que es una sustancia anfolita

Como pone de manifiesto la escasa conductividad del agua pura el equilibrio ioacutenico del

agua estaacute considerablemente desplazado hacia la izquierda lo que significa

que de acuerdo con la ley de accioacuten de masas su constante de equilibrio K es muy

pequentildea

K equil= [H3O+] [OH

-]

[H2O]2

Determinaciones experimentales de dicha constante a 25 ordmC han arrojado un valor para

K igual a 32 middot 10-18

lo que indica la existencia de una disociacioacuten pequentildea

La concentracioacuten de H2O es por tanto praacutecticamente igual a 1 000 glitro o en

teacuterminos de molaridad 5555 mollitro

[H2O] = 1000g 18gmol =555mollitro o M

1litro

Escribiendo la anterior expresioacuten en la forma

K [H2O]2= [H3O+] [OH-] y operando resulta

Kw=32 middot 10-18middot

(5555)2= [H3O+] [OH-] =1x 10

-14

9

1 x10-14

= [H3O+] [OH -

que se representa por Kw y se denomina producto ioacutenico del agua

HIDRACIDOS

Factores que afectan la fuerza del aacutecido H-X

H-X + H2O H3O+ + X

-

X =halogeno Cl-Br

-I

- F

-

(gt Polaridad gt acidez)

bullEnergiacutea de disociacioacuten del enlace

(gt Energiacutea lt acidez)

bullEstabilidad de la base conjugada X-

(gt estabilidad gt acidez)

Oxaacutecidos bull Estructura general Y-O-H

bull La fuerza del aacutecido depende de ldquoYrdquo y de los aacutetomos

unidos a eacutel

ndash Si Y es no metal

ndash Si la electronegatividad de Y es intermedia o alta se

tratariacutea de un aacutecido deacutebil

ndash A mayor nuacutemero de aacutetomos de O unidos a Y mayor

polaridad del enlace O-H mayor acidez

ndash A igualdad de nuacutemero de aacutetomos de O a mayor

electronegatividad de ldquoYrdquo mayor acidez

HOCl HClO2 HClO3 HClO4

Debil fuerte

Determinacioacuten de la Acidez y Basicidad de un medio Escala de pH

El pH es una medida relacionada con la concentracioacuten de iones hidroacutegeno (H+) A

mayor concentracioacuten de iones H+ maacutes aacutecida es la disolucioacuten y Cuanto maacutes baacutesica es

la disolucioacuten menos concentracioacuten de H+ hay y maacutes de OH

- Por consiguiente la

acidez o la alcalinidad de algo puede ser medida por su concentracioacuten de iones de

hidroacutegeno

10

En 1909 el bioquiacutemico daneacutes Soumlren Soumlrensen inventoacute la escala pH para medir la

acidez La escala pH estaacute descrita en la foacutermula

pH = -log [H3O+] Nota la concentracioacuten es comuacutemente abreviada usando

logaritmo por consiguiente H+] = concentracioacuten de ioacuten de

hidroacutegeno Cuando se mide el pH [H+] es una unidad de

moles H+ por litro de solucioacuten

Escala de pH y pOH

pH= -log H3O+

pOH= -log OH-

bull En agua pura a 25 C

[H+]= [OH-] = 100 x10-7 M

pH = 700 solucioacuten neutra

bull En soluciones aacutecidas

[H+] gt 100 10-7

pH lt 700

bull En soluciones baacutesicas

[H+] lt 100 10-7 pH gt 700

El pH de una disolucioacuten neutra (ni aacutecida ni baacutesica) es 7 El de las disoluciones aacutecidas es

menor de siete y el de las baacutesica mayor de siete

pH Tipo de disolucioacuten

lt 7 (menor que siete) aacutecida

= 7 neutra

gt 7 (mayor que siete) baacutesica

El color de una disolucioacuten a la que le hemos antildeadido indicador universal nos indicaraacute el

pH que tiene

11

[H+] pH Ejemplo

Aacutecidos

1 X 100 0 HCl

1 x 10-1

1 Aumlcido estomacal

1 x 10-2

2 Jugo de limoacuten

1 x 10-3

3 Vinagre

1 x 10-4

4 Soda

1 x 10-5

5 Agua de lluvia

1 x 10-6

6 Leche

Neutral 1 x 10-7

7 Agua pura

Bases

1 x 10-8

8 Claras de huevo

1 x 10-9

9 Levadura

1 x 10-10

10 antiaacutecidos

1 x 10-11

11 Amoniacuteaco

1 x 10-12

12 Caliza Mineral - Ca(OH)2

1 x 10-13

13

1 x 10-14

14 NaOH

Tambieacuten existen unos aparatos (pHmetros) que nos indican el valor numeacuterico del pH

Estos aparatos deben calibrarse previamente con disoluciones que tiene un pH

conocidoTambien se utilizan tiras reactivas que contiene un colorante organico que

cambia de color seguacuten el pH

12

Relacioacuten entre pH y pOH

pKw = -log Kw -logw =-log ([H3 O

+][OH- ]) =-log10x 10- 14

pKw=-log[H O ]- log[OH ]= 1400

pKw =pH +pOH

Aacutecidos deacutebiles Grado de disociacioacuten 0tra forma de evaluar la ionizacioacuten de un acido deacutebil

es con el grado de ionizacioacuten o de ionizacioacuten

Para el acido acetico= CH3-COOH+ H2O H3O+ + CH3-COO

-

= CH3-COO - x100 = ionizado

x 100 - CH3-COOH inicial

bull A mayor α maacutes fuerte es el aacutecido

bull α disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten

inicial del aacutecido

bull Ej

AcH 005 M rarr α = 20

AcH 015 M rarr α = 10

Aacutecidos deacutebiles Aacutecidos poliproacuteticos bull Tienen maacutes de un protoacuten ionizable

bull La disociacioacuten se realiza en pasos

Ej

13

H2SO3(aq) +H2O H3O+(aq) + HSO3- Ka1 = 17 x 10

-2

HSO3-(aq) +H2O H3O+ (aq) + SO3=(aq)Ka2 = 64 x 10

-8

bull La remocioacuten del primer protoacuten es siempre maacutes faacutecil

que la de los restantes

bull Ka1 gt Ka2 gt Ka3hellip

bull La mayor parte de la [H3O+] en equilibrio corresponde a

la primera ionizacioacuten del aacutecido (Ka1)-(aq)

Hidroacutelisis de sales

RELACIOacuteN ENTRE Ka

Y Kb EN UN PAR AacuteCIDO ndash BASE

CONJUGADO

Si planteamos la ecuacioacuten que representa la reaccioacuten de un aacutecido deacutebil con el agua y su constante de acidez

HA + H2O Aminus + H3O

+ [Aminus] [H3O+]

Ka =

[HA]

Y hacemos lo mismo para su base conjugada Aminus + H2O HA + OHminus [HA] [OHminus]

Kb =

[Aminus]

Si ahora multiplicamos Ka x Kb tanto [Aminus] como [HA] se simplifican y queda

[Aminus] [H3O

+] [HA] [OHminus]

Ka Kb = = [H3O+] [OHminus] = KW

[HA] [Aminus]

Por lo tanto el producto de Ka Kb en un par aacutecido ndash base conjugado es igual

a la constante del producto ioacutenico del agua son inversamente proporcionales Como

KW es una constante eso indica que cuanto mayor es Ka menor seraacute Kb Cuanto maacutes

fuerte es el aacutecido maacutes deacutebil es su base conjugada y viceversa Aplicando menos el logaritmo decimal en ambos teacuterminos de la ecuacioacuten

KW = Ka Kb

minuslog KW = minuslog Ka + (minuslog Kb)

14

pKW = pKa + pKb

Esta ecuacioacuten en su forma original da la relacioacuten entre la constante de acidez de un aacutecido deacutebil y la constante de basicidad de su base conjugada Utilizaacutendola es muy faacutecil obtener el valor de una conociendo el de la otra La ecuacioacuten en la forma

logariacutetmica da la relacioacuten entre pKa y pKb a temperatura ambiente su suma es 14

Conociendo uno inmediatamente se puede conocer el otro Aacutecidos poliproacuteticos son los que pueden donar maacutes de 1 protoacuten

Es la reaccioacuten de los iones de una sal con el agua Asiacute las sales pueden producir que

una disolucioacuten de las mismas sea aacutecida baacutesica o neutra Soacutelo es apreciable cuando estos

iones son conjugados fuertes proceden de un aacutecido o una base deacutebil

Ejemplo de hidroacutelisis aacutecida (de un catioacuten) NH4+ + H3O

+ CH3 NH3

+

Ejemplo de hidroacutelisis baacutesica (de un anioacuten) CH3ndashCOO

ndash + H2O

+NO2

- ClO

-

TTiippooss ddee hhiiddrroacuteoacutelliissiiss

Seguacuten procedan el catioacuten y el anioacuten de un aacutecido o una base fuerte o deacutebil las sales se

clasifican en

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base fuerte

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base fuerte (Hidroacutelisis Baacutesica)

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base deacutebil (Hidroacutelisis Aacutecida)

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base deacutebil

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE FUERTE

SALES NEUTRAS

Ejemplo NaCl

NO SE PRODUCE HIDROacuteLISIS ya que tanto el Na+ que es un aacutecido muy deacutebil

como el Clndash que es una base muy deacutebil apenas reaccionan con agua (debido a que

procede de un acido fuerte) Es decir los equilibrios

Na+ + 2 H2O NaOH

+ H3O

+

Clndash + H2O HCl

+ OH

ndash

estaacuten muy desplazado hacia la izquierda y por tanto su reaccioacuten con el agua es

insignificante El pH en neutro debido a que el unico aporte de H3O+ es el proveniente

de agua y H3O+ = O H

- = 1 x 10

-7 pH = 7

HIDROacuteLISIS BAacuteSICA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL

Y BASE FUERTE SALES BASICAS

Ejemplo Na+CH3ndashCOO

ndash(Acetato de sodio)

15

Se produce HIDROacuteLISIS BAacuteSICA ya que el Na+ es un aacutecido muy deacutebil y apenas

reacciona con agua pero el CH3ndashCOOndash es una base relativamente fuerte y si reacciona

con eacutesta de forma significativa

CH3ndashCOOndash + H2O CH3ndashCOOH

+ OH

ndash Khb = Kw

Ka CH3 mdashCOOH(acido acetico)

lo que provoca que el pH gt 7 (disolucioacuten baacutesica)

HIDROacuteLISIS AacuteCIDA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE

DEacuteBILSALES ACIDAS

Ejemplo NH4Cl

Se produce HIDROacuteLISIS AacuteCIDA ya que el NH4+ es un aacutecido relativamente fuerte y

reacciona con agua mientras que el Clndash es una base deacutebil y no lo hace de forma

significativa

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw

KbNH3

lo que provoca que el pH lt 7 (disolucioacuten aacutecida)

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL Y BASE DEacuteBIL

Ejemplo NH4CN

En este caso tanto el catioacuten NH4+

como el anioacuten CNndash se hidrolizan y la disolucioacuten seraacute

aacutecida o baacutesica seguacuten queacute ioacuten se hidrolice en mayor grado

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw = 56 x 10

ndash10

KbNH3

CN- + H2O CNH + OH

- Khb = Kw = 2 x10

ndash5 M

KaCNH

Como Khb(CNndash) = 2 x10

ndash5 es mayor Kha(NH4

+) = 56 x 10

ndash10 en este caso la

disolucioacuten es baacutesica

Para saber con cual equilibrio se debe trabaja se evaluacutean las

magnitudes de las constantes de hidroacutelisis

Ejemplo

Sabiendo que Ka (HCN) = 40 middot 10ndash10 M calcular el pH y el grado de hidroacutelisis de

una disolucioacuten acuosa de NaCN 001 M

SOLUCIONES REGULADORAS (BUFFERS)AMORTIGUADORAS

Una solucioacuten reguladora del pH o buffer es una solucioacuten que tiene la

capacidad de amortiguar o minimizar los cambios de pH

16

Pequentildeas cantidades de iones H3O+ oacute OHminus que agregadas al agua o a una solucioacuten que

no tenga poder regulador hariacutean variar el pH en varias unidades al ser agregadas a un buffer producen un cambio de pH que es miacutenimo o inapreciable

La regulacioacuten del pH es muy importante no soacutelo cuando se hacen en el

laboratorio reacciones en las cuales el cambio en el pH puede afectar la reaccioacuten sino en todas las reacciones que ocurren en los organismos vivos Las reacciones bioloacutegicas estaacuten catalizadas (aceleradas) por enzimas que son proteiacutenas Las enzimas no solamente pueden destruirse (desnaturalizarse) con cambios bruscos de pH sino que tienen un rango de pH oacuteptimo para su trabajo Cuando se trabaja en el laboratorio con reacciones enzimaacuteticas es necesario regular el pH De la misma manera en los organismos vivos el pH estaacute regulado

Como ejemplo en nuestro organismo podemos citar la sangre El pH normal del plasma de la sangre medido a temperatura ambiente es aproximadamente 740 Valores de pH menores de 730 o mayores de 750 pueden provocar la muerte Como consecuencia de esto existen en la sangre varios sistemas que actuacutean como reguladores de los cuales los maacutes importantes son los pares H2CO3 HCO3

ndash y H2PO4ndash

HPO42ndash ademaacutes de las proteiacutenas entre las cuales en la sangre la principal es la

hemoglobina Ademaacutes tambieacuten existen en la sangre reguladores fisioloacutegicos del pH Para comprender como se forma una solucioacuten buffer veamos que ocurre si

colocamos en la misma solucioacuten un aacutecido deacutebil y su base conjugada Al hacer esto estaraacuten ocurriendo simultaacuteneamente las dos reacciones reversibles y los dos equilibrios se influiraacuten mutuamente cada uno afecta al otro

HA + H2O Aminus + H3O+

Ca minus xa xa xa

Aminus + H2O HA + OHminus

Ci (M) Ca exc 0 asymp 0 Cb exc 0

asymp 0

Ceq (M) Ca minus xa xa xa Cb minus xb

xb xb

Recordemos que la x es despreciable con respecto a la concentracioacuten inicial cuando la concentracioacuten inicial es grande o cuando el aacutecido o la base se disocian poco

(Ka o Kb chicas) En este caso si tenemos concentraciones razonablemente grandes de

Ca y Cb es mucho maacutes vaacutelido el despreciar xa y xb El equilibrio del aacutecido se veraacute

afectado por una gran concentracioacuten de Aminus (Cb) con lo cual el aacutecido se inonizaraacute menos

y a su vez el equilibrio de su base conjugada se veraacute afectado por una gran

17

concentracioacuten del aacutecido (Ca) y el estado de equilibrio estaraacute desplazado hacia la

formacioacuten de reactivos Por lo expresado en el paacuterrafo anterior la concentracioacuten del aacutecido en el

equilibrio seraacute Ca y la concentracioacuten de la base conjugada en el equilibrio seraacute Cb Si

planteamos la constante de ionizacioacuten del aacutecido queda

[Aminus] [H3O+] Cb [H3O

+] Ka Ca

Ka = = [H3O+] =

[HA] Ca Cb

Aplicando menos el logaritmo en ambos teacuterminos para que quede PH

minuslog [H3O+] = minuslog Ka + (minuslog Ca Cb )

Siendo minuslog Ca Cb = log Cb Ca queda

pH = pKa + log Cb Ca

Esta ecuacioacuten se conoce como ecuacioacuten de Henderson ndash Hasselbalch o ecuacioacuten buffer Una solucioacuten con estas caracteriacutesticas tendraacute la capacidad de regular el pH Ante el agregado de iones hidronio eacutestos se neutralizaraacuten con la base Aminus su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute en la misma cantidad la concentracioacuten en el equilibrio de el aacutecido HA pero al ir a la ecuacioacuten de Henderson este efecto queda minimizado por el logaritmo y el pH variacutea en forma miacutenima o inapreciable Lo mismo sucede ante el agregado de iones hidroacutexido eacutestos se neutralizaraacuten con el aacutecido HA su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute algo la concentracioacuten en el equilibrio de la base Aminus

Podemos poner lo expresado en ecuaciones que nos indican coacutemo actuacutea

una solucioacuten reguladora para amortiguar el cambio de pH ante el agregado de un aacutecido fuerte o una base fuerte Debemos recordar que un aacutecido o una base fuertes se disocian totalmente y por lo tanto el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un aacutecido monoproacutetico es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidronio y el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un hidroxido de un metal alcalino es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidroacutexido

Si tenemos el buffer formado por el aacutecido deacutebil HA y su base conjugada Aminus y

agregamos una pequentildea cantidad de moles de un aacutecido fuerte monoproacutetico (la misma de moles de iones hidronio) se produce

A minus + H3O

+ HA + H2O

La base deacutebil Aminus neutraliza los iones hidronio y forma agua Como la cantidad de iones hidronio agregada es pequentildea y la cantidad de Aminus es grande el estado de

18

equilibrio estaacute casi totalmente desplazado hacia los productos y por lo tanto puede considerarse como una reaccioacuten completa

Si agregamos una pequentildea cantidad de base fuerte (equivalente a agregar iones hidroacutexido) se produce

HA + OH minus A

minus + H2O

El aacutecido deacutebil HA neutraliza los iones hidroacutexido y forma agua Por igual razoacuten

que en el caso anterior tambieacuten puede considerarse como reaccioacuten completa

El buffer actuacutea neutralizando los agregados de iones hidronio o

hidroacutexido y formando agua con lo cual minimiza el cambio de pH de la

solucioacuten Esta es la accioacuten reguladora de un buffer

Para poder tener una solucioacuten buffer partimos de una solucioacuten que contiene un

aacutecido y una base deacutebiles conjugados Esta es la primera condicioacuten para que la solucioacuten tenga poder regulador El buffer se puede formar poniendo un aacutecido deacutebil y su base conjugada como sal de un aacutecido fuerte por ejemplo aacutecido aceacutetico y acetato de sodio o poniendo una base deacutebil y su aacutecido conjugado como sal de una base fuerte por ejemplo amoniacuteaco y cloruro de amonio (recordaacute lo explicado en el tema anterior

relacioacuten entre Ka y Kb en un par aacutecido base conjugado con respecto a las sales)

La segunda condicioacuten para que la solucioacuten tenga buen poder regulador es que tanto el aacutecido como su base conjugada esteacuten en concentraciones grandes No

solamente para que sea vaacutelido el desprecio de las x sino porque Ca y Cb son la

ldquoreservardquo del buffer para neutralizar el agregado de aacutecido o base Si el buffer es muy diluido soportaraacute menos agregado de iones H3O

+ oacute OHminus y en el caso extremo de que este agregado consuma totalmente al aacutecido o su base conjugada el buffer se destruye y la solucioacuten pierde por completo su capacidad reguladora En los buffers de uso maacutes

frecuente Ca y Cb se hallan entre 005 M y 100 M Dentro de este rango es vaacutelido

utilizar la ecuacioacuten de Henderson Queda una tercera condicioacuten experimentalmente puede concluirse que cuanto

menor sea la diferencia entre Ca y Cb es decir cuanto maacutes cercana a 1 sea la relacioacuten

Cb Ca mejor es el poder regulador del buffer Si 01 lt Cb Ca lt 10 o sea que una

no es maacutes de 10 veces mayor que la otra el sistema tiene una capacidad reguladora aceptable Matemaacuteticamente si se cumple esta condicioacuten el pH no puede variar en

maacutes de una unidad con respecto al pKa del aacutecido deacutebil que forma el buffer

Utilizando la ecuacioacuten de Henderson

pH = pKa + log Cb Ca

Si Cb Ca = 01 como log 01 = ndash1 pH = pKa ndash 1

Si Cb Ca = 1 como log 1 = 0 pH = pKa

19

Si Cb Ca = 10 como log 10 = 1 pH = pKa + 1

Resumiendo deben cumplirse estas tres condiciones para que una solucioacuten

tenga buen poder regulador si alguna de estas tres condiciones no se cumple la capacidad reguladora de la solucioacuten se veraacute disminuida o seraacute nula

Las tres condiciones para que una solucioacuten tenga buen poder regulador son

1) La solucioacuten debe contener un aacutecido deacutebil y su base deacutebil conjugada

2) Ca y Cb deben ser suficientemente grandes usualmente entre 005 M y

100 M 3) La relacioacuten Cb Ca debe estar entre 01 y 10

Indicadores Muchas sustancias presentan diferentes colores de acuerdo con el pH en que se disuelven y se

utilizan como indicadores Muchos indicadores son aacutecidos o bases orgaacutenicas deacutebiles

El equilibrio de un indicador aacutecido (HIn) se describe de manera general como

HIn + H2O harr In- + H3O+

La disociacioacuten del indicador se acompantildea con cambios en la estructura

El ojo humano es poco sensible por lo que se ha determinado que para que se pueda apreciar

uncambio de color La relacioacuten del indicador en forma aacutecida y baacutesica debe ser mayor o igual a

10 es

decir

HInge 10

In-

HInle 10

In-

pH = pKa + log In-

HIn

pH= pKa + log 1

10

ΔpH= pKa +-1 ΔpH 2

De donde se deduce que el ojo humano aprecia cambios de color perfectamente cuando el

cambio

de pH es al menos de dos unidades

Algunos indicadores de pH importantes

Azul de timol 12-18 165 rojo-amarillo

Naranja de metilo 31-5 346 rojo-naranja

Azul de bromotimol 62-76 71 amarillo-azul

Fenolftaleiacutena 83-10 - incolora-rosa

20

Page 9: EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS · 1 EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS Electrolitos. Electrolitos son las sustancias que originan iones libres al disolverse

9

1 x10-14

= [H3O+] [OH -

que se representa por Kw y se denomina producto ioacutenico del agua

HIDRACIDOS

Factores que afectan la fuerza del aacutecido H-X

H-X + H2O H3O+ + X

-

X =halogeno Cl-Br

-I

- F

-

(gt Polaridad gt acidez)

bullEnergiacutea de disociacioacuten del enlace

(gt Energiacutea lt acidez)

bullEstabilidad de la base conjugada X-

(gt estabilidad gt acidez)

Oxaacutecidos bull Estructura general Y-O-H

bull La fuerza del aacutecido depende de ldquoYrdquo y de los aacutetomos

unidos a eacutel

ndash Si Y es no metal

ndash Si la electronegatividad de Y es intermedia o alta se

tratariacutea de un aacutecido deacutebil

ndash A mayor nuacutemero de aacutetomos de O unidos a Y mayor

polaridad del enlace O-H mayor acidez

ndash A igualdad de nuacutemero de aacutetomos de O a mayor

electronegatividad de ldquoYrdquo mayor acidez

HOCl HClO2 HClO3 HClO4

Debil fuerte

Determinacioacuten de la Acidez y Basicidad de un medio Escala de pH

El pH es una medida relacionada con la concentracioacuten de iones hidroacutegeno (H+) A

mayor concentracioacuten de iones H+ maacutes aacutecida es la disolucioacuten y Cuanto maacutes baacutesica es

la disolucioacuten menos concentracioacuten de H+ hay y maacutes de OH

- Por consiguiente la

acidez o la alcalinidad de algo puede ser medida por su concentracioacuten de iones de

hidroacutegeno

10

En 1909 el bioquiacutemico daneacutes Soumlren Soumlrensen inventoacute la escala pH para medir la

acidez La escala pH estaacute descrita en la foacutermula

pH = -log [H3O+] Nota la concentracioacuten es comuacutemente abreviada usando

logaritmo por consiguiente H+] = concentracioacuten de ioacuten de

hidroacutegeno Cuando se mide el pH [H+] es una unidad de

moles H+ por litro de solucioacuten

Escala de pH y pOH

pH= -log H3O+

pOH= -log OH-

bull En agua pura a 25 C

[H+]= [OH-] = 100 x10-7 M

pH = 700 solucioacuten neutra

bull En soluciones aacutecidas

[H+] gt 100 10-7

pH lt 700

bull En soluciones baacutesicas

[H+] lt 100 10-7 pH gt 700

El pH de una disolucioacuten neutra (ni aacutecida ni baacutesica) es 7 El de las disoluciones aacutecidas es

menor de siete y el de las baacutesica mayor de siete

pH Tipo de disolucioacuten

lt 7 (menor que siete) aacutecida

= 7 neutra

gt 7 (mayor que siete) baacutesica

El color de una disolucioacuten a la que le hemos antildeadido indicador universal nos indicaraacute el

pH que tiene

11

[H+] pH Ejemplo

Aacutecidos

1 X 100 0 HCl

1 x 10-1

1 Aumlcido estomacal

1 x 10-2

2 Jugo de limoacuten

1 x 10-3

3 Vinagre

1 x 10-4

4 Soda

1 x 10-5

5 Agua de lluvia

1 x 10-6

6 Leche

Neutral 1 x 10-7

7 Agua pura

Bases

1 x 10-8

8 Claras de huevo

1 x 10-9

9 Levadura

1 x 10-10

10 antiaacutecidos

1 x 10-11

11 Amoniacuteaco

1 x 10-12

12 Caliza Mineral - Ca(OH)2

1 x 10-13

13

1 x 10-14

14 NaOH

Tambieacuten existen unos aparatos (pHmetros) que nos indican el valor numeacuterico del pH

Estos aparatos deben calibrarse previamente con disoluciones que tiene un pH

conocidoTambien se utilizan tiras reactivas que contiene un colorante organico que

cambia de color seguacuten el pH

12

Relacioacuten entre pH y pOH

pKw = -log Kw -logw =-log ([H3 O

+][OH- ]) =-log10x 10- 14

pKw=-log[H O ]- log[OH ]= 1400

pKw =pH +pOH

Aacutecidos deacutebiles Grado de disociacioacuten 0tra forma de evaluar la ionizacioacuten de un acido deacutebil

es con el grado de ionizacioacuten o de ionizacioacuten

Para el acido acetico= CH3-COOH+ H2O H3O+ + CH3-COO

-

= CH3-COO - x100 = ionizado

x 100 - CH3-COOH inicial

bull A mayor α maacutes fuerte es el aacutecido

bull α disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten

inicial del aacutecido

bull Ej

AcH 005 M rarr α = 20

AcH 015 M rarr α = 10

Aacutecidos deacutebiles Aacutecidos poliproacuteticos bull Tienen maacutes de un protoacuten ionizable

bull La disociacioacuten se realiza en pasos

Ej

13

H2SO3(aq) +H2O H3O+(aq) + HSO3- Ka1 = 17 x 10

-2

HSO3-(aq) +H2O H3O+ (aq) + SO3=(aq)Ka2 = 64 x 10

-8

bull La remocioacuten del primer protoacuten es siempre maacutes faacutecil

que la de los restantes

bull Ka1 gt Ka2 gt Ka3hellip

bull La mayor parte de la [H3O+] en equilibrio corresponde a

la primera ionizacioacuten del aacutecido (Ka1)-(aq)

Hidroacutelisis de sales

RELACIOacuteN ENTRE Ka

Y Kb EN UN PAR AacuteCIDO ndash BASE

CONJUGADO

Si planteamos la ecuacioacuten que representa la reaccioacuten de un aacutecido deacutebil con el agua y su constante de acidez

HA + H2O Aminus + H3O

+ [Aminus] [H3O+]

Ka =

[HA]

Y hacemos lo mismo para su base conjugada Aminus + H2O HA + OHminus [HA] [OHminus]

Kb =

[Aminus]

Si ahora multiplicamos Ka x Kb tanto [Aminus] como [HA] se simplifican y queda

[Aminus] [H3O

+] [HA] [OHminus]

Ka Kb = = [H3O+] [OHminus] = KW

[HA] [Aminus]

Por lo tanto el producto de Ka Kb en un par aacutecido ndash base conjugado es igual

a la constante del producto ioacutenico del agua son inversamente proporcionales Como

KW es una constante eso indica que cuanto mayor es Ka menor seraacute Kb Cuanto maacutes

fuerte es el aacutecido maacutes deacutebil es su base conjugada y viceversa Aplicando menos el logaritmo decimal en ambos teacuterminos de la ecuacioacuten

KW = Ka Kb

minuslog KW = minuslog Ka + (minuslog Kb)

14

pKW = pKa + pKb

Esta ecuacioacuten en su forma original da la relacioacuten entre la constante de acidez de un aacutecido deacutebil y la constante de basicidad de su base conjugada Utilizaacutendola es muy faacutecil obtener el valor de una conociendo el de la otra La ecuacioacuten en la forma

logariacutetmica da la relacioacuten entre pKa y pKb a temperatura ambiente su suma es 14

Conociendo uno inmediatamente se puede conocer el otro Aacutecidos poliproacuteticos son los que pueden donar maacutes de 1 protoacuten

Es la reaccioacuten de los iones de una sal con el agua Asiacute las sales pueden producir que

una disolucioacuten de las mismas sea aacutecida baacutesica o neutra Soacutelo es apreciable cuando estos

iones son conjugados fuertes proceden de un aacutecido o una base deacutebil

Ejemplo de hidroacutelisis aacutecida (de un catioacuten) NH4+ + H3O

+ CH3 NH3

+

Ejemplo de hidroacutelisis baacutesica (de un anioacuten) CH3ndashCOO

ndash + H2O

+NO2

- ClO

-

TTiippooss ddee hhiiddrroacuteoacutelliissiiss

Seguacuten procedan el catioacuten y el anioacuten de un aacutecido o una base fuerte o deacutebil las sales se

clasifican en

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base fuerte

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base fuerte (Hidroacutelisis Baacutesica)

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base deacutebil (Hidroacutelisis Aacutecida)

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base deacutebil

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE FUERTE

SALES NEUTRAS

Ejemplo NaCl

NO SE PRODUCE HIDROacuteLISIS ya que tanto el Na+ que es un aacutecido muy deacutebil

como el Clndash que es una base muy deacutebil apenas reaccionan con agua (debido a que

procede de un acido fuerte) Es decir los equilibrios

Na+ + 2 H2O NaOH

+ H3O

+

Clndash + H2O HCl

+ OH

ndash

estaacuten muy desplazado hacia la izquierda y por tanto su reaccioacuten con el agua es

insignificante El pH en neutro debido a que el unico aporte de H3O+ es el proveniente

de agua y H3O+ = O H

- = 1 x 10

-7 pH = 7

HIDROacuteLISIS BAacuteSICA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL

Y BASE FUERTE SALES BASICAS

Ejemplo Na+CH3ndashCOO

ndash(Acetato de sodio)

15

Se produce HIDROacuteLISIS BAacuteSICA ya que el Na+ es un aacutecido muy deacutebil y apenas

reacciona con agua pero el CH3ndashCOOndash es una base relativamente fuerte y si reacciona

con eacutesta de forma significativa

CH3ndashCOOndash + H2O CH3ndashCOOH

+ OH

ndash Khb = Kw

Ka CH3 mdashCOOH(acido acetico)

lo que provoca que el pH gt 7 (disolucioacuten baacutesica)

HIDROacuteLISIS AacuteCIDA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE

DEacuteBILSALES ACIDAS

Ejemplo NH4Cl

Se produce HIDROacuteLISIS AacuteCIDA ya que el NH4+ es un aacutecido relativamente fuerte y

reacciona con agua mientras que el Clndash es una base deacutebil y no lo hace de forma

significativa

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw

KbNH3

lo que provoca que el pH lt 7 (disolucioacuten aacutecida)

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL Y BASE DEacuteBIL

Ejemplo NH4CN

En este caso tanto el catioacuten NH4+

como el anioacuten CNndash se hidrolizan y la disolucioacuten seraacute

aacutecida o baacutesica seguacuten queacute ioacuten se hidrolice en mayor grado

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw = 56 x 10

ndash10

KbNH3

CN- + H2O CNH + OH

- Khb = Kw = 2 x10

ndash5 M

KaCNH

Como Khb(CNndash) = 2 x10

ndash5 es mayor Kha(NH4

+) = 56 x 10

ndash10 en este caso la

disolucioacuten es baacutesica

Para saber con cual equilibrio se debe trabaja se evaluacutean las

magnitudes de las constantes de hidroacutelisis

Ejemplo

Sabiendo que Ka (HCN) = 40 middot 10ndash10 M calcular el pH y el grado de hidroacutelisis de

una disolucioacuten acuosa de NaCN 001 M

SOLUCIONES REGULADORAS (BUFFERS)AMORTIGUADORAS

Una solucioacuten reguladora del pH o buffer es una solucioacuten que tiene la

capacidad de amortiguar o minimizar los cambios de pH

16

Pequentildeas cantidades de iones H3O+ oacute OHminus que agregadas al agua o a una solucioacuten que

no tenga poder regulador hariacutean variar el pH en varias unidades al ser agregadas a un buffer producen un cambio de pH que es miacutenimo o inapreciable

La regulacioacuten del pH es muy importante no soacutelo cuando se hacen en el

laboratorio reacciones en las cuales el cambio en el pH puede afectar la reaccioacuten sino en todas las reacciones que ocurren en los organismos vivos Las reacciones bioloacutegicas estaacuten catalizadas (aceleradas) por enzimas que son proteiacutenas Las enzimas no solamente pueden destruirse (desnaturalizarse) con cambios bruscos de pH sino que tienen un rango de pH oacuteptimo para su trabajo Cuando se trabaja en el laboratorio con reacciones enzimaacuteticas es necesario regular el pH De la misma manera en los organismos vivos el pH estaacute regulado

Como ejemplo en nuestro organismo podemos citar la sangre El pH normal del plasma de la sangre medido a temperatura ambiente es aproximadamente 740 Valores de pH menores de 730 o mayores de 750 pueden provocar la muerte Como consecuencia de esto existen en la sangre varios sistemas que actuacutean como reguladores de los cuales los maacutes importantes son los pares H2CO3 HCO3

ndash y H2PO4ndash

HPO42ndash ademaacutes de las proteiacutenas entre las cuales en la sangre la principal es la

hemoglobina Ademaacutes tambieacuten existen en la sangre reguladores fisioloacutegicos del pH Para comprender como se forma una solucioacuten buffer veamos que ocurre si

colocamos en la misma solucioacuten un aacutecido deacutebil y su base conjugada Al hacer esto estaraacuten ocurriendo simultaacuteneamente las dos reacciones reversibles y los dos equilibrios se influiraacuten mutuamente cada uno afecta al otro

HA + H2O Aminus + H3O+

Ca minus xa xa xa

Aminus + H2O HA + OHminus

Ci (M) Ca exc 0 asymp 0 Cb exc 0

asymp 0

Ceq (M) Ca minus xa xa xa Cb minus xb

xb xb

Recordemos que la x es despreciable con respecto a la concentracioacuten inicial cuando la concentracioacuten inicial es grande o cuando el aacutecido o la base se disocian poco

(Ka o Kb chicas) En este caso si tenemos concentraciones razonablemente grandes de

Ca y Cb es mucho maacutes vaacutelido el despreciar xa y xb El equilibrio del aacutecido se veraacute

afectado por una gran concentracioacuten de Aminus (Cb) con lo cual el aacutecido se inonizaraacute menos

y a su vez el equilibrio de su base conjugada se veraacute afectado por una gran

17

concentracioacuten del aacutecido (Ca) y el estado de equilibrio estaraacute desplazado hacia la

formacioacuten de reactivos Por lo expresado en el paacuterrafo anterior la concentracioacuten del aacutecido en el

equilibrio seraacute Ca y la concentracioacuten de la base conjugada en el equilibrio seraacute Cb Si

planteamos la constante de ionizacioacuten del aacutecido queda

[Aminus] [H3O+] Cb [H3O

+] Ka Ca

Ka = = [H3O+] =

[HA] Ca Cb

Aplicando menos el logaritmo en ambos teacuterminos para que quede PH

minuslog [H3O+] = minuslog Ka + (minuslog Ca Cb )

Siendo minuslog Ca Cb = log Cb Ca queda

pH = pKa + log Cb Ca

Esta ecuacioacuten se conoce como ecuacioacuten de Henderson ndash Hasselbalch o ecuacioacuten buffer Una solucioacuten con estas caracteriacutesticas tendraacute la capacidad de regular el pH Ante el agregado de iones hidronio eacutestos se neutralizaraacuten con la base Aminus su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute en la misma cantidad la concentracioacuten en el equilibrio de el aacutecido HA pero al ir a la ecuacioacuten de Henderson este efecto queda minimizado por el logaritmo y el pH variacutea en forma miacutenima o inapreciable Lo mismo sucede ante el agregado de iones hidroacutexido eacutestos se neutralizaraacuten con el aacutecido HA su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute algo la concentracioacuten en el equilibrio de la base Aminus

Podemos poner lo expresado en ecuaciones que nos indican coacutemo actuacutea

una solucioacuten reguladora para amortiguar el cambio de pH ante el agregado de un aacutecido fuerte o una base fuerte Debemos recordar que un aacutecido o una base fuertes se disocian totalmente y por lo tanto el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un aacutecido monoproacutetico es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidronio y el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un hidroxido de un metal alcalino es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidroacutexido

Si tenemos el buffer formado por el aacutecido deacutebil HA y su base conjugada Aminus y

agregamos una pequentildea cantidad de moles de un aacutecido fuerte monoproacutetico (la misma de moles de iones hidronio) se produce

A minus + H3O

+ HA + H2O

La base deacutebil Aminus neutraliza los iones hidronio y forma agua Como la cantidad de iones hidronio agregada es pequentildea y la cantidad de Aminus es grande el estado de

18

equilibrio estaacute casi totalmente desplazado hacia los productos y por lo tanto puede considerarse como una reaccioacuten completa

Si agregamos una pequentildea cantidad de base fuerte (equivalente a agregar iones hidroacutexido) se produce

HA + OH minus A

minus + H2O

El aacutecido deacutebil HA neutraliza los iones hidroacutexido y forma agua Por igual razoacuten

que en el caso anterior tambieacuten puede considerarse como reaccioacuten completa

El buffer actuacutea neutralizando los agregados de iones hidronio o

hidroacutexido y formando agua con lo cual minimiza el cambio de pH de la

solucioacuten Esta es la accioacuten reguladora de un buffer

Para poder tener una solucioacuten buffer partimos de una solucioacuten que contiene un

aacutecido y una base deacutebiles conjugados Esta es la primera condicioacuten para que la solucioacuten tenga poder regulador El buffer se puede formar poniendo un aacutecido deacutebil y su base conjugada como sal de un aacutecido fuerte por ejemplo aacutecido aceacutetico y acetato de sodio o poniendo una base deacutebil y su aacutecido conjugado como sal de una base fuerte por ejemplo amoniacuteaco y cloruro de amonio (recordaacute lo explicado en el tema anterior

relacioacuten entre Ka y Kb en un par aacutecido base conjugado con respecto a las sales)

La segunda condicioacuten para que la solucioacuten tenga buen poder regulador es que tanto el aacutecido como su base conjugada esteacuten en concentraciones grandes No

solamente para que sea vaacutelido el desprecio de las x sino porque Ca y Cb son la

ldquoreservardquo del buffer para neutralizar el agregado de aacutecido o base Si el buffer es muy diluido soportaraacute menos agregado de iones H3O

+ oacute OHminus y en el caso extremo de que este agregado consuma totalmente al aacutecido o su base conjugada el buffer se destruye y la solucioacuten pierde por completo su capacidad reguladora En los buffers de uso maacutes

frecuente Ca y Cb se hallan entre 005 M y 100 M Dentro de este rango es vaacutelido

utilizar la ecuacioacuten de Henderson Queda una tercera condicioacuten experimentalmente puede concluirse que cuanto

menor sea la diferencia entre Ca y Cb es decir cuanto maacutes cercana a 1 sea la relacioacuten

Cb Ca mejor es el poder regulador del buffer Si 01 lt Cb Ca lt 10 o sea que una

no es maacutes de 10 veces mayor que la otra el sistema tiene una capacidad reguladora aceptable Matemaacuteticamente si se cumple esta condicioacuten el pH no puede variar en

maacutes de una unidad con respecto al pKa del aacutecido deacutebil que forma el buffer

Utilizando la ecuacioacuten de Henderson

pH = pKa + log Cb Ca

Si Cb Ca = 01 como log 01 = ndash1 pH = pKa ndash 1

Si Cb Ca = 1 como log 1 = 0 pH = pKa

19

Si Cb Ca = 10 como log 10 = 1 pH = pKa + 1

Resumiendo deben cumplirse estas tres condiciones para que una solucioacuten

tenga buen poder regulador si alguna de estas tres condiciones no se cumple la capacidad reguladora de la solucioacuten se veraacute disminuida o seraacute nula

Las tres condiciones para que una solucioacuten tenga buen poder regulador son

1) La solucioacuten debe contener un aacutecido deacutebil y su base deacutebil conjugada

2) Ca y Cb deben ser suficientemente grandes usualmente entre 005 M y

100 M 3) La relacioacuten Cb Ca debe estar entre 01 y 10

Indicadores Muchas sustancias presentan diferentes colores de acuerdo con el pH en que se disuelven y se

utilizan como indicadores Muchos indicadores son aacutecidos o bases orgaacutenicas deacutebiles

El equilibrio de un indicador aacutecido (HIn) se describe de manera general como

HIn + H2O harr In- + H3O+

La disociacioacuten del indicador se acompantildea con cambios en la estructura

El ojo humano es poco sensible por lo que se ha determinado que para que se pueda apreciar

uncambio de color La relacioacuten del indicador en forma aacutecida y baacutesica debe ser mayor o igual a

10 es

decir

HInge 10

In-

HInle 10

In-

pH = pKa + log In-

HIn

pH= pKa + log 1

10

ΔpH= pKa +-1 ΔpH 2

De donde se deduce que el ojo humano aprecia cambios de color perfectamente cuando el

cambio

de pH es al menos de dos unidades

Algunos indicadores de pH importantes

Azul de timol 12-18 165 rojo-amarillo

Naranja de metilo 31-5 346 rojo-naranja

Azul de bromotimol 62-76 71 amarillo-azul

Fenolftaleiacutena 83-10 - incolora-rosa

20

Page 10: EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS · 1 EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS Electrolitos. Electrolitos son las sustancias que originan iones libres al disolverse

10

En 1909 el bioquiacutemico daneacutes Soumlren Soumlrensen inventoacute la escala pH para medir la

acidez La escala pH estaacute descrita en la foacutermula

pH = -log [H3O+] Nota la concentracioacuten es comuacutemente abreviada usando

logaritmo por consiguiente H+] = concentracioacuten de ioacuten de

hidroacutegeno Cuando se mide el pH [H+] es una unidad de

moles H+ por litro de solucioacuten

Escala de pH y pOH

pH= -log H3O+

pOH= -log OH-

bull En agua pura a 25 C

[H+]= [OH-] = 100 x10-7 M

pH = 700 solucioacuten neutra

bull En soluciones aacutecidas

[H+] gt 100 10-7

pH lt 700

bull En soluciones baacutesicas

[H+] lt 100 10-7 pH gt 700

El pH de una disolucioacuten neutra (ni aacutecida ni baacutesica) es 7 El de las disoluciones aacutecidas es

menor de siete y el de las baacutesica mayor de siete

pH Tipo de disolucioacuten

lt 7 (menor que siete) aacutecida

= 7 neutra

gt 7 (mayor que siete) baacutesica

El color de una disolucioacuten a la que le hemos antildeadido indicador universal nos indicaraacute el

pH que tiene

11

[H+] pH Ejemplo

Aacutecidos

1 X 100 0 HCl

1 x 10-1

1 Aumlcido estomacal

1 x 10-2

2 Jugo de limoacuten

1 x 10-3

3 Vinagre

1 x 10-4

4 Soda

1 x 10-5

5 Agua de lluvia

1 x 10-6

6 Leche

Neutral 1 x 10-7

7 Agua pura

Bases

1 x 10-8

8 Claras de huevo

1 x 10-9

9 Levadura

1 x 10-10

10 antiaacutecidos

1 x 10-11

11 Amoniacuteaco

1 x 10-12

12 Caliza Mineral - Ca(OH)2

1 x 10-13

13

1 x 10-14

14 NaOH

Tambieacuten existen unos aparatos (pHmetros) que nos indican el valor numeacuterico del pH

Estos aparatos deben calibrarse previamente con disoluciones que tiene un pH

conocidoTambien se utilizan tiras reactivas que contiene un colorante organico que

cambia de color seguacuten el pH

12

Relacioacuten entre pH y pOH

pKw = -log Kw -logw =-log ([H3 O

+][OH- ]) =-log10x 10- 14

pKw=-log[H O ]- log[OH ]= 1400

pKw =pH +pOH

Aacutecidos deacutebiles Grado de disociacioacuten 0tra forma de evaluar la ionizacioacuten de un acido deacutebil

es con el grado de ionizacioacuten o de ionizacioacuten

Para el acido acetico= CH3-COOH+ H2O H3O+ + CH3-COO

-

= CH3-COO - x100 = ionizado

x 100 - CH3-COOH inicial

bull A mayor α maacutes fuerte es el aacutecido

bull α disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten

inicial del aacutecido

bull Ej

AcH 005 M rarr α = 20

AcH 015 M rarr α = 10

Aacutecidos deacutebiles Aacutecidos poliproacuteticos bull Tienen maacutes de un protoacuten ionizable

bull La disociacioacuten se realiza en pasos

Ej

13

H2SO3(aq) +H2O H3O+(aq) + HSO3- Ka1 = 17 x 10

-2

HSO3-(aq) +H2O H3O+ (aq) + SO3=(aq)Ka2 = 64 x 10

-8

bull La remocioacuten del primer protoacuten es siempre maacutes faacutecil

que la de los restantes

bull Ka1 gt Ka2 gt Ka3hellip

bull La mayor parte de la [H3O+] en equilibrio corresponde a

la primera ionizacioacuten del aacutecido (Ka1)-(aq)

Hidroacutelisis de sales

RELACIOacuteN ENTRE Ka

Y Kb EN UN PAR AacuteCIDO ndash BASE

CONJUGADO

Si planteamos la ecuacioacuten que representa la reaccioacuten de un aacutecido deacutebil con el agua y su constante de acidez

HA + H2O Aminus + H3O

+ [Aminus] [H3O+]

Ka =

[HA]

Y hacemos lo mismo para su base conjugada Aminus + H2O HA + OHminus [HA] [OHminus]

Kb =

[Aminus]

Si ahora multiplicamos Ka x Kb tanto [Aminus] como [HA] se simplifican y queda

[Aminus] [H3O

+] [HA] [OHminus]

Ka Kb = = [H3O+] [OHminus] = KW

[HA] [Aminus]

Por lo tanto el producto de Ka Kb en un par aacutecido ndash base conjugado es igual

a la constante del producto ioacutenico del agua son inversamente proporcionales Como

KW es una constante eso indica que cuanto mayor es Ka menor seraacute Kb Cuanto maacutes

fuerte es el aacutecido maacutes deacutebil es su base conjugada y viceversa Aplicando menos el logaritmo decimal en ambos teacuterminos de la ecuacioacuten

KW = Ka Kb

minuslog KW = minuslog Ka + (minuslog Kb)

14

pKW = pKa + pKb

Esta ecuacioacuten en su forma original da la relacioacuten entre la constante de acidez de un aacutecido deacutebil y la constante de basicidad de su base conjugada Utilizaacutendola es muy faacutecil obtener el valor de una conociendo el de la otra La ecuacioacuten en la forma

logariacutetmica da la relacioacuten entre pKa y pKb a temperatura ambiente su suma es 14

Conociendo uno inmediatamente se puede conocer el otro Aacutecidos poliproacuteticos son los que pueden donar maacutes de 1 protoacuten

Es la reaccioacuten de los iones de una sal con el agua Asiacute las sales pueden producir que

una disolucioacuten de las mismas sea aacutecida baacutesica o neutra Soacutelo es apreciable cuando estos

iones son conjugados fuertes proceden de un aacutecido o una base deacutebil

Ejemplo de hidroacutelisis aacutecida (de un catioacuten) NH4+ + H3O

+ CH3 NH3

+

Ejemplo de hidroacutelisis baacutesica (de un anioacuten) CH3ndashCOO

ndash + H2O

+NO2

- ClO

-

TTiippooss ddee hhiiddrroacuteoacutelliissiiss

Seguacuten procedan el catioacuten y el anioacuten de un aacutecido o una base fuerte o deacutebil las sales se

clasifican en

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base fuerte

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base fuerte (Hidroacutelisis Baacutesica)

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base deacutebil (Hidroacutelisis Aacutecida)

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base deacutebil

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE FUERTE

SALES NEUTRAS

Ejemplo NaCl

NO SE PRODUCE HIDROacuteLISIS ya que tanto el Na+ que es un aacutecido muy deacutebil

como el Clndash que es una base muy deacutebil apenas reaccionan con agua (debido a que

procede de un acido fuerte) Es decir los equilibrios

Na+ + 2 H2O NaOH

+ H3O

+

Clndash + H2O HCl

+ OH

ndash

estaacuten muy desplazado hacia la izquierda y por tanto su reaccioacuten con el agua es

insignificante El pH en neutro debido a que el unico aporte de H3O+ es el proveniente

de agua y H3O+ = O H

- = 1 x 10

-7 pH = 7

HIDROacuteLISIS BAacuteSICA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL

Y BASE FUERTE SALES BASICAS

Ejemplo Na+CH3ndashCOO

ndash(Acetato de sodio)

15

Se produce HIDROacuteLISIS BAacuteSICA ya que el Na+ es un aacutecido muy deacutebil y apenas

reacciona con agua pero el CH3ndashCOOndash es una base relativamente fuerte y si reacciona

con eacutesta de forma significativa

CH3ndashCOOndash + H2O CH3ndashCOOH

+ OH

ndash Khb = Kw

Ka CH3 mdashCOOH(acido acetico)

lo que provoca que el pH gt 7 (disolucioacuten baacutesica)

HIDROacuteLISIS AacuteCIDA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE

DEacuteBILSALES ACIDAS

Ejemplo NH4Cl

Se produce HIDROacuteLISIS AacuteCIDA ya que el NH4+ es un aacutecido relativamente fuerte y

reacciona con agua mientras que el Clndash es una base deacutebil y no lo hace de forma

significativa

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw

KbNH3

lo que provoca que el pH lt 7 (disolucioacuten aacutecida)

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL Y BASE DEacuteBIL

Ejemplo NH4CN

En este caso tanto el catioacuten NH4+

como el anioacuten CNndash se hidrolizan y la disolucioacuten seraacute

aacutecida o baacutesica seguacuten queacute ioacuten se hidrolice en mayor grado

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw = 56 x 10

ndash10

KbNH3

CN- + H2O CNH + OH

- Khb = Kw = 2 x10

ndash5 M

KaCNH

Como Khb(CNndash) = 2 x10

ndash5 es mayor Kha(NH4

+) = 56 x 10

ndash10 en este caso la

disolucioacuten es baacutesica

Para saber con cual equilibrio se debe trabaja se evaluacutean las

magnitudes de las constantes de hidroacutelisis

Ejemplo

Sabiendo que Ka (HCN) = 40 middot 10ndash10 M calcular el pH y el grado de hidroacutelisis de

una disolucioacuten acuosa de NaCN 001 M

SOLUCIONES REGULADORAS (BUFFERS)AMORTIGUADORAS

Una solucioacuten reguladora del pH o buffer es una solucioacuten que tiene la

capacidad de amortiguar o minimizar los cambios de pH

16

Pequentildeas cantidades de iones H3O+ oacute OHminus que agregadas al agua o a una solucioacuten que

no tenga poder regulador hariacutean variar el pH en varias unidades al ser agregadas a un buffer producen un cambio de pH que es miacutenimo o inapreciable

La regulacioacuten del pH es muy importante no soacutelo cuando se hacen en el

laboratorio reacciones en las cuales el cambio en el pH puede afectar la reaccioacuten sino en todas las reacciones que ocurren en los organismos vivos Las reacciones bioloacutegicas estaacuten catalizadas (aceleradas) por enzimas que son proteiacutenas Las enzimas no solamente pueden destruirse (desnaturalizarse) con cambios bruscos de pH sino que tienen un rango de pH oacuteptimo para su trabajo Cuando se trabaja en el laboratorio con reacciones enzimaacuteticas es necesario regular el pH De la misma manera en los organismos vivos el pH estaacute regulado

Como ejemplo en nuestro organismo podemos citar la sangre El pH normal del plasma de la sangre medido a temperatura ambiente es aproximadamente 740 Valores de pH menores de 730 o mayores de 750 pueden provocar la muerte Como consecuencia de esto existen en la sangre varios sistemas que actuacutean como reguladores de los cuales los maacutes importantes son los pares H2CO3 HCO3

ndash y H2PO4ndash

HPO42ndash ademaacutes de las proteiacutenas entre las cuales en la sangre la principal es la

hemoglobina Ademaacutes tambieacuten existen en la sangre reguladores fisioloacutegicos del pH Para comprender como se forma una solucioacuten buffer veamos que ocurre si

colocamos en la misma solucioacuten un aacutecido deacutebil y su base conjugada Al hacer esto estaraacuten ocurriendo simultaacuteneamente las dos reacciones reversibles y los dos equilibrios se influiraacuten mutuamente cada uno afecta al otro

HA + H2O Aminus + H3O+

Ca minus xa xa xa

Aminus + H2O HA + OHminus

Ci (M) Ca exc 0 asymp 0 Cb exc 0

asymp 0

Ceq (M) Ca minus xa xa xa Cb minus xb

xb xb

Recordemos que la x es despreciable con respecto a la concentracioacuten inicial cuando la concentracioacuten inicial es grande o cuando el aacutecido o la base se disocian poco

(Ka o Kb chicas) En este caso si tenemos concentraciones razonablemente grandes de

Ca y Cb es mucho maacutes vaacutelido el despreciar xa y xb El equilibrio del aacutecido se veraacute

afectado por una gran concentracioacuten de Aminus (Cb) con lo cual el aacutecido se inonizaraacute menos

y a su vez el equilibrio de su base conjugada se veraacute afectado por una gran

17

concentracioacuten del aacutecido (Ca) y el estado de equilibrio estaraacute desplazado hacia la

formacioacuten de reactivos Por lo expresado en el paacuterrafo anterior la concentracioacuten del aacutecido en el

equilibrio seraacute Ca y la concentracioacuten de la base conjugada en el equilibrio seraacute Cb Si

planteamos la constante de ionizacioacuten del aacutecido queda

[Aminus] [H3O+] Cb [H3O

+] Ka Ca

Ka = = [H3O+] =

[HA] Ca Cb

Aplicando menos el logaritmo en ambos teacuterminos para que quede PH

minuslog [H3O+] = minuslog Ka + (minuslog Ca Cb )

Siendo minuslog Ca Cb = log Cb Ca queda

pH = pKa + log Cb Ca

Esta ecuacioacuten se conoce como ecuacioacuten de Henderson ndash Hasselbalch o ecuacioacuten buffer Una solucioacuten con estas caracteriacutesticas tendraacute la capacidad de regular el pH Ante el agregado de iones hidronio eacutestos se neutralizaraacuten con la base Aminus su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute en la misma cantidad la concentracioacuten en el equilibrio de el aacutecido HA pero al ir a la ecuacioacuten de Henderson este efecto queda minimizado por el logaritmo y el pH variacutea en forma miacutenima o inapreciable Lo mismo sucede ante el agregado de iones hidroacutexido eacutestos se neutralizaraacuten con el aacutecido HA su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute algo la concentracioacuten en el equilibrio de la base Aminus

Podemos poner lo expresado en ecuaciones que nos indican coacutemo actuacutea

una solucioacuten reguladora para amortiguar el cambio de pH ante el agregado de un aacutecido fuerte o una base fuerte Debemos recordar que un aacutecido o una base fuertes se disocian totalmente y por lo tanto el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un aacutecido monoproacutetico es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidronio y el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un hidroxido de un metal alcalino es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidroacutexido

Si tenemos el buffer formado por el aacutecido deacutebil HA y su base conjugada Aminus y

agregamos una pequentildea cantidad de moles de un aacutecido fuerte monoproacutetico (la misma de moles de iones hidronio) se produce

A minus + H3O

+ HA + H2O

La base deacutebil Aminus neutraliza los iones hidronio y forma agua Como la cantidad de iones hidronio agregada es pequentildea y la cantidad de Aminus es grande el estado de

18

equilibrio estaacute casi totalmente desplazado hacia los productos y por lo tanto puede considerarse como una reaccioacuten completa

Si agregamos una pequentildea cantidad de base fuerte (equivalente a agregar iones hidroacutexido) se produce

HA + OH minus A

minus + H2O

El aacutecido deacutebil HA neutraliza los iones hidroacutexido y forma agua Por igual razoacuten

que en el caso anterior tambieacuten puede considerarse como reaccioacuten completa

El buffer actuacutea neutralizando los agregados de iones hidronio o

hidroacutexido y formando agua con lo cual minimiza el cambio de pH de la

solucioacuten Esta es la accioacuten reguladora de un buffer

Para poder tener una solucioacuten buffer partimos de una solucioacuten que contiene un

aacutecido y una base deacutebiles conjugados Esta es la primera condicioacuten para que la solucioacuten tenga poder regulador El buffer se puede formar poniendo un aacutecido deacutebil y su base conjugada como sal de un aacutecido fuerte por ejemplo aacutecido aceacutetico y acetato de sodio o poniendo una base deacutebil y su aacutecido conjugado como sal de una base fuerte por ejemplo amoniacuteaco y cloruro de amonio (recordaacute lo explicado en el tema anterior

relacioacuten entre Ka y Kb en un par aacutecido base conjugado con respecto a las sales)

La segunda condicioacuten para que la solucioacuten tenga buen poder regulador es que tanto el aacutecido como su base conjugada esteacuten en concentraciones grandes No

solamente para que sea vaacutelido el desprecio de las x sino porque Ca y Cb son la

ldquoreservardquo del buffer para neutralizar el agregado de aacutecido o base Si el buffer es muy diluido soportaraacute menos agregado de iones H3O

+ oacute OHminus y en el caso extremo de que este agregado consuma totalmente al aacutecido o su base conjugada el buffer se destruye y la solucioacuten pierde por completo su capacidad reguladora En los buffers de uso maacutes

frecuente Ca y Cb se hallan entre 005 M y 100 M Dentro de este rango es vaacutelido

utilizar la ecuacioacuten de Henderson Queda una tercera condicioacuten experimentalmente puede concluirse que cuanto

menor sea la diferencia entre Ca y Cb es decir cuanto maacutes cercana a 1 sea la relacioacuten

Cb Ca mejor es el poder regulador del buffer Si 01 lt Cb Ca lt 10 o sea que una

no es maacutes de 10 veces mayor que la otra el sistema tiene una capacidad reguladora aceptable Matemaacuteticamente si se cumple esta condicioacuten el pH no puede variar en

maacutes de una unidad con respecto al pKa del aacutecido deacutebil que forma el buffer

Utilizando la ecuacioacuten de Henderson

pH = pKa + log Cb Ca

Si Cb Ca = 01 como log 01 = ndash1 pH = pKa ndash 1

Si Cb Ca = 1 como log 1 = 0 pH = pKa

19

Si Cb Ca = 10 como log 10 = 1 pH = pKa + 1

Resumiendo deben cumplirse estas tres condiciones para que una solucioacuten

tenga buen poder regulador si alguna de estas tres condiciones no se cumple la capacidad reguladora de la solucioacuten se veraacute disminuida o seraacute nula

Las tres condiciones para que una solucioacuten tenga buen poder regulador son

1) La solucioacuten debe contener un aacutecido deacutebil y su base deacutebil conjugada

2) Ca y Cb deben ser suficientemente grandes usualmente entre 005 M y

100 M 3) La relacioacuten Cb Ca debe estar entre 01 y 10

Indicadores Muchas sustancias presentan diferentes colores de acuerdo con el pH en que se disuelven y se

utilizan como indicadores Muchos indicadores son aacutecidos o bases orgaacutenicas deacutebiles

El equilibrio de un indicador aacutecido (HIn) se describe de manera general como

HIn + H2O harr In- + H3O+

La disociacioacuten del indicador se acompantildea con cambios en la estructura

El ojo humano es poco sensible por lo que se ha determinado que para que se pueda apreciar

uncambio de color La relacioacuten del indicador en forma aacutecida y baacutesica debe ser mayor o igual a

10 es

decir

HInge 10

In-

HInle 10

In-

pH = pKa + log In-

HIn

pH= pKa + log 1

10

ΔpH= pKa +-1 ΔpH 2

De donde se deduce que el ojo humano aprecia cambios de color perfectamente cuando el

cambio

de pH es al menos de dos unidades

Algunos indicadores de pH importantes

Azul de timol 12-18 165 rojo-amarillo

Naranja de metilo 31-5 346 rojo-naranja

Azul de bromotimol 62-76 71 amarillo-azul

Fenolftaleiacutena 83-10 - incolora-rosa

20

Page 11: EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS · 1 EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS Electrolitos. Electrolitos son las sustancias que originan iones libres al disolverse

11

[H+] pH Ejemplo

Aacutecidos

1 X 100 0 HCl

1 x 10-1

1 Aumlcido estomacal

1 x 10-2

2 Jugo de limoacuten

1 x 10-3

3 Vinagre

1 x 10-4

4 Soda

1 x 10-5

5 Agua de lluvia

1 x 10-6

6 Leche

Neutral 1 x 10-7

7 Agua pura

Bases

1 x 10-8

8 Claras de huevo

1 x 10-9

9 Levadura

1 x 10-10

10 antiaacutecidos

1 x 10-11

11 Amoniacuteaco

1 x 10-12

12 Caliza Mineral - Ca(OH)2

1 x 10-13

13

1 x 10-14

14 NaOH

Tambieacuten existen unos aparatos (pHmetros) que nos indican el valor numeacuterico del pH

Estos aparatos deben calibrarse previamente con disoluciones que tiene un pH

conocidoTambien se utilizan tiras reactivas que contiene un colorante organico que

cambia de color seguacuten el pH

12

Relacioacuten entre pH y pOH

pKw = -log Kw -logw =-log ([H3 O

+][OH- ]) =-log10x 10- 14

pKw=-log[H O ]- log[OH ]= 1400

pKw =pH +pOH

Aacutecidos deacutebiles Grado de disociacioacuten 0tra forma de evaluar la ionizacioacuten de un acido deacutebil

es con el grado de ionizacioacuten o de ionizacioacuten

Para el acido acetico= CH3-COOH+ H2O H3O+ + CH3-COO

-

= CH3-COO - x100 = ionizado

x 100 - CH3-COOH inicial

bull A mayor α maacutes fuerte es el aacutecido

bull α disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten

inicial del aacutecido

bull Ej

AcH 005 M rarr α = 20

AcH 015 M rarr α = 10

Aacutecidos deacutebiles Aacutecidos poliproacuteticos bull Tienen maacutes de un protoacuten ionizable

bull La disociacioacuten se realiza en pasos

Ej

13

H2SO3(aq) +H2O H3O+(aq) + HSO3- Ka1 = 17 x 10

-2

HSO3-(aq) +H2O H3O+ (aq) + SO3=(aq)Ka2 = 64 x 10

-8

bull La remocioacuten del primer protoacuten es siempre maacutes faacutecil

que la de los restantes

bull Ka1 gt Ka2 gt Ka3hellip

bull La mayor parte de la [H3O+] en equilibrio corresponde a

la primera ionizacioacuten del aacutecido (Ka1)-(aq)

Hidroacutelisis de sales

RELACIOacuteN ENTRE Ka

Y Kb EN UN PAR AacuteCIDO ndash BASE

CONJUGADO

Si planteamos la ecuacioacuten que representa la reaccioacuten de un aacutecido deacutebil con el agua y su constante de acidez

HA + H2O Aminus + H3O

+ [Aminus] [H3O+]

Ka =

[HA]

Y hacemos lo mismo para su base conjugada Aminus + H2O HA + OHminus [HA] [OHminus]

Kb =

[Aminus]

Si ahora multiplicamos Ka x Kb tanto [Aminus] como [HA] se simplifican y queda

[Aminus] [H3O

+] [HA] [OHminus]

Ka Kb = = [H3O+] [OHminus] = KW

[HA] [Aminus]

Por lo tanto el producto de Ka Kb en un par aacutecido ndash base conjugado es igual

a la constante del producto ioacutenico del agua son inversamente proporcionales Como

KW es una constante eso indica que cuanto mayor es Ka menor seraacute Kb Cuanto maacutes

fuerte es el aacutecido maacutes deacutebil es su base conjugada y viceversa Aplicando menos el logaritmo decimal en ambos teacuterminos de la ecuacioacuten

KW = Ka Kb

minuslog KW = minuslog Ka + (minuslog Kb)

14

pKW = pKa + pKb

Esta ecuacioacuten en su forma original da la relacioacuten entre la constante de acidez de un aacutecido deacutebil y la constante de basicidad de su base conjugada Utilizaacutendola es muy faacutecil obtener el valor de una conociendo el de la otra La ecuacioacuten en la forma

logariacutetmica da la relacioacuten entre pKa y pKb a temperatura ambiente su suma es 14

Conociendo uno inmediatamente se puede conocer el otro Aacutecidos poliproacuteticos son los que pueden donar maacutes de 1 protoacuten

Es la reaccioacuten de los iones de una sal con el agua Asiacute las sales pueden producir que

una disolucioacuten de las mismas sea aacutecida baacutesica o neutra Soacutelo es apreciable cuando estos

iones son conjugados fuertes proceden de un aacutecido o una base deacutebil

Ejemplo de hidroacutelisis aacutecida (de un catioacuten) NH4+ + H3O

+ CH3 NH3

+

Ejemplo de hidroacutelisis baacutesica (de un anioacuten) CH3ndashCOO

ndash + H2O

+NO2

- ClO

-

TTiippooss ddee hhiiddrroacuteoacutelliissiiss

Seguacuten procedan el catioacuten y el anioacuten de un aacutecido o una base fuerte o deacutebil las sales se

clasifican en

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base fuerte

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base fuerte (Hidroacutelisis Baacutesica)

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base deacutebil (Hidroacutelisis Aacutecida)

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base deacutebil

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE FUERTE

SALES NEUTRAS

Ejemplo NaCl

NO SE PRODUCE HIDROacuteLISIS ya que tanto el Na+ que es un aacutecido muy deacutebil

como el Clndash que es una base muy deacutebil apenas reaccionan con agua (debido a que

procede de un acido fuerte) Es decir los equilibrios

Na+ + 2 H2O NaOH

+ H3O

+

Clndash + H2O HCl

+ OH

ndash

estaacuten muy desplazado hacia la izquierda y por tanto su reaccioacuten con el agua es

insignificante El pH en neutro debido a que el unico aporte de H3O+ es el proveniente

de agua y H3O+ = O H

- = 1 x 10

-7 pH = 7

HIDROacuteLISIS BAacuteSICA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL

Y BASE FUERTE SALES BASICAS

Ejemplo Na+CH3ndashCOO

ndash(Acetato de sodio)

15

Se produce HIDROacuteLISIS BAacuteSICA ya que el Na+ es un aacutecido muy deacutebil y apenas

reacciona con agua pero el CH3ndashCOOndash es una base relativamente fuerte y si reacciona

con eacutesta de forma significativa

CH3ndashCOOndash + H2O CH3ndashCOOH

+ OH

ndash Khb = Kw

Ka CH3 mdashCOOH(acido acetico)

lo que provoca que el pH gt 7 (disolucioacuten baacutesica)

HIDROacuteLISIS AacuteCIDA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE

DEacuteBILSALES ACIDAS

Ejemplo NH4Cl

Se produce HIDROacuteLISIS AacuteCIDA ya que el NH4+ es un aacutecido relativamente fuerte y

reacciona con agua mientras que el Clndash es una base deacutebil y no lo hace de forma

significativa

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw

KbNH3

lo que provoca que el pH lt 7 (disolucioacuten aacutecida)

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL Y BASE DEacuteBIL

Ejemplo NH4CN

En este caso tanto el catioacuten NH4+

como el anioacuten CNndash se hidrolizan y la disolucioacuten seraacute

aacutecida o baacutesica seguacuten queacute ioacuten se hidrolice en mayor grado

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw = 56 x 10

ndash10

KbNH3

CN- + H2O CNH + OH

- Khb = Kw = 2 x10

ndash5 M

KaCNH

Como Khb(CNndash) = 2 x10

ndash5 es mayor Kha(NH4

+) = 56 x 10

ndash10 en este caso la

disolucioacuten es baacutesica

Para saber con cual equilibrio se debe trabaja se evaluacutean las

magnitudes de las constantes de hidroacutelisis

Ejemplo

Sabiendo que Ka (HCN) = 40 middot 10ndash10 M calcular el pH y el grado de hidroacutelisis de

una disolucioacuten acuosa de NaCN 001 M

SOLUCIONES REGULADORAS (BUFFERS)AMORTIGUADORAS

Una solucioacuten reguladora del pH o buffer es una solucioacuten que tiene la

capacidad de amortiguar o minimizar los cambios de pH

16

Pequentildeas cantidades de iones H3O+ oacute OHminus que agregadas al agua o a una solucioacuten que

no tenga poder regulador hariacutean variar el pH en varias unidades al ser agregadas a un buffer producen un cambio de pH que es miacutenimo o inapreciable

La regulacioacuten del pH es muy importante no soacutelo cuando se hacen en el

laboratorio reacciones en las cuales el cambio en el pH puede afectar la reaccioacuten sino en todas las reacciones que ocurren en los organismos vivos Las reacciones bioloacutegicas estaacuten catalizadas (aceleradas) por enzimas que son proteiacutenas Las enzimas no solamente pueden destruirse (desnaturalizarse) con cambios bruscos de pH sino que tienen un rango de pH oacuteptimo para su trabajo Cuando se trabaja en el laboratorio con reacciones enzimaacuteticas es necesario regular el pH De la misma manera en los organismos vivos el pH estaacute regulado

Como ejemplo en nuestro organismo podemos citar la sangre El pH normal del plasma de la sangre medido a temperatura ambiente es aproximadamente 740 Valores de pH menores de 730 o mayores de 750 pueden provocar la muerte Como consecuencia de esto existen en la sangre varios sistemas que actuacutean como reguladores de los cuales los maacutes importantes son los pares H2CO3 HCO3

ndash y H2PO4ndash

HPO42ndash ademaacutes de las proteiacutenas entre las cuales en la sangre la principal es la

hemoglobina Ademaacutes tambieacuten existen en la sangre reguladores fisioloacutegicos del pH Para comprender como se forma una solucioacuten buffer veamos que ocurre si

colocamos en la misma solucioacuten un aacutecido deacutebil y su base conjugada Al hacer esto estaraacuten ocurriendo simultaacuteneamente las dos reacciones reversibles y los dos equilibrios se influiraacuten mutuamente cada uno afecta al otro

HA + H2O Aminus + H3O+

Ca minus xa xa xa

Aminus + H2O HA + OHminus

Ci (M) Ca exc 0 asymp 0 Cb exc 0

asymp 0

Ceq (M) Ca minus xa xa xa Cb minus xb

xb xb

Recordemos que la x es despreciable con respecto a la concentracioacuten inicial cuando la concentracioacuten inicial es grande o cuando el aacutecido o la base se disocian poco

(Ka o Kb chicas) En este caso si tenemos concentraciones razonablemente grandes de

Ca y Cb es mucho maacutes vaacutelido el despreciar xa y xb El equilibrio del aacutecido se veraacute

afectado por una gran concentracioacuten de Aminus (Cb) con lo cual el aacutecido se inonizaraacute menos

y a su vez el equilibrio de su base conjugada se veraacute afectado por una gran

17

concentracioacuten del aacutecido (Ca) y el estado de equilibrio estaraacute desplazado hacia la

formacioacuten de reactivos Por lo expresado en el paacuterrafo anterior la concentracioacuten del aacutecido en el

equilibrio seraacute Ca y la concentracioacuten de la base conjugada en el equilibrio seraacute Cb Si

planteamos la constante de ionizacioacuten del aacutecido queda

[Aminus] [H3O+] Cb [H3O

+] Ka Ca

Ka = = [H3O+] =

[HA] Ca Cb

Aplicando menos el logaritmo en ambos teacuterminos para que quede PH

minuslog [H3O+] = minuslog Ka + (minuslog Ca Cb )

Siendo minuslog Ca Cb = log Cb Ca queda

pH = pKa + log Cb Ca

Esta ecuacioacuten se conoce como ecuacioacuten de Henderson ndash Hasselbalch o ecuacioacuten buffer Una solucioacuten con estas caracteriacutesticas tendraacute la capacidad de regular el pH Ante el agregado de iones hidronio eacutestos se neutralizaraacuten con la base Aminus su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute en la misma cantidad la concentracioacuten en el equilibrio de el aacutecido HA pero al ir a la ecuacioacuten de Henderson este efecto queda minimizado por el logaritmo y el pH variacutea en forma miacutenima o inapreciable Lo mismo sucede ante el agregado de iones hidroacutexido eacutestos se neutralizaraacuten con el aacutecido HA su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute algo la concentracioacuten en el equilibrio de la base Aminus

Podemos poner lo expresado en ecuaciones que nos indican coacutemo actuacutea

una solucioacuten reguladora para amortiguar el cambio de pH ante el agregado de un aacutecido fuerte o una base fuerte Debemos recordar que un aacutecido o una base fuertes se disocian totalmente y por lo tanto el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un aacutecido monoproacutetico es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidronio y el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un hidroxido de un metal alcalino es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidroacutexido

Si tenemos el buffer formado por el aacutecido deacutebil HA y su base conjugada Aminus y

agregamos una pequentildea cantidad de moles de un aacutecido fuerte monoproacutetico (la misma de moles de iones hidronio) se produce

A minus + H3O

+ HA + H2O

La base deacutebil Aminus neutraliza los iones hidronio y forma agua Como la cantidad de iones hidronio agregada es pequentildea y la cantidad de Aminus es grande el estado de

18

equilibrio estaacute casi totalmente desplazado hacia los productos y por lo tanto puede considerarse como una reaccioacuten completa

Si agregamos una pequentildea cantidad de base fuerte (equivalente a agregar iones hidroacutexido) se produce

HA + OH minus A

minus + H2O

El aacutecido deacutebil HA neutraliza los iones hidroacutexido y forma agua Por igual razoacuten

que en el caso anterior tambieacuten puede considerarse como reaccioacuten completa

El buffer actuacutea neutralizando los agregados de iones hidronio o

hidroacutexido y formando agua con lo cual minimiza el cambio de pH de la

solucioacuten Esta es la accioacuten reguladora de un buffer

Para poder tener una solucioacuten buffer partimos de una solucioacuten que contiene un

aacutecido y una base deacutebiles conjugados Esta es la primera condicioacuten para que la solucioacuten tenga poder regulador El buffer se puede formar poniendo un aacutecido deacutebil y su base conjugada como sal de un aacutecido fuerte por ejemplo aacutecido aceacutetico y acetato de sodio o poniendo una base deacutebil y su aacutecido conjugado como sal de una base fuerte por ejemplo amoniacuteaco y cloruro de amonio (recordaacute lo explicado en el tema anterior

relacioacuten entre Ka y Kb en un par aacutecido base conjugado con respecto a las sales)

La segunda condicioacuten para que la solucioacuten tenga buen poder regulador es que tanto el aacutecido como su base conjugada esteacuten en concentraciones grandes No

solamente para que sea vaacutelido el desprecio de las x sino porque Ca y Cb son la

ldquoreservardquo del buffer para neutralizar el agregado de aacutecido o base Si el buffer es muy diluido soportaraacute menos agregado de iones H3O

+ oacute OHminus y en el caso extremo de que este agregado consuma totalmente al aacutecido o su base conjugada el buffer se destruye y la solucioacuten pierde por completo su capacidad reguladora En los buffers de uso maacutes

frecuente Ca y Cb se hallan entre 005 M y 100 M Dentro de este rango es vaacutelido

utilizar la ecuacioacuten de Henderson Queda una tercera condicioacuten experimentalmente puede concluirse que cuanto

menor sea la diferencia entre Ca y Cb es decir cuanto maacutes cercana a 1 sea la relacioacuten

Cb Ca mejor es el poder regulador del buffer Si 01 lt Cb Ca lt 10 o sea que una

no es maacutes de 10 veces mayor que la otra el sistema tiene una capacidad reguladora aceptable Matemaacuteticamente si se cumple esta condicioacuten el pH no puede variar en

maacutes de una unidad con respecto al pKa del aacutecido deacutebil que forma el buffer

Utilizando la ecuacioacuten de Henderson

pH = pKa + log Cb Ca

Si Cb Ca = 01 como log 01 = ndash1 pH = pKa ndash 1

Si Cb Ca = 1 como log 1 = 0 pH = pKa

19

Si Cb Ca = 10 como log 10 = 1 pH = pKa + 1

Resumiendo deben cumplirse estas tres condiciones para que una solucioacuten

tenga buen poder regulador si alguna de estas tres condiciones no se cumple la capacidad reguladora de la solucioacuten se veraacute disminuida o seraacute nula

Las tres condiciones para que una solucioacuten tenga buen poder regulador son

1) La solucioacuten debe contener un aacutecido deacutebil y su base deacutebil conjugada

2) Ca y Cb deben ser suficientemente grandes usualmente entre 005 M y

100 M 3) La relacioacuten Cb Ca debe estar entre 01 y 10

Indicadores Muchas sustancias presentan diferentes colores de acuerdo con el pH en que se disuelven y se

utilizan como indicadores Muchos indicadores son aacutecidos o bases orgaacutenicas deacutebiles

El equilibrio de un indicador aacutecido (HIn) se describe de manera general como

HIn + H2O harr In- + H3O+

La disociacioacuten del indicador se acompantildea con cambios en la estructura

El ojo humano es poco sensible por lo que se ha determinado que para que se pueda apreciar

uncambio de color La relacioacuten del indicador en forma aacutecida y baacutesica debe ser mayor o igual a

10 es

decir

HInge 10

In-

HInle 10

In-

pH = pKa + log In-

HIn

pH= pKa + log 1

10

ΔpH= pKa +-1 ΔpH 2

De donde se deduce que el ojo humano aprecia cambios de color perfectamente cuando el

cambio

de pH es al menos de dos unidades

Algunos indicadores de pH importantes

Azul de timol 12-18 165 rojo-amarillo

Naranja de metilo 31-5 346 rojo-naranja

Azul de bromotimol 62-76 71 amarillo-azul

Fenolftaleiacutena 83-10 - incolora-rosa

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Page 12: EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS · 1 EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS Electrolitos. Electrolitos son las sustancias que originan iones libres al disolverse

12

Relacioacuten entre pH y pOH

pKw = -log Kw -logw =-log ([H3 O

+][OH- ]) =-log10x 10- 14

pKw=-log[H O ]- log[OH ]= 1400

pKw =pH +pOH

Aacutecidos deacutebiles Grado de disociacioacuten 0tra forma de evaluar la ionizacioacuten de un acido deacutebil

es con el grado de ionizacioacuten o de ionizacioacuten

Para el acido acetico= CH3-COOH+ H2O H3O+ + CH3-COO

-

= CH3-COO - x100 = ionizado

x 100 - CH3-COOH inicial

bull A mayor α maacutes fuerte es el aacutecido

bull α disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten

inicial del aacutecido

bull Ej

AcH 005 M rarr α = 20

AcH 015 M rarr α = 10

Aacutecidos deacutebiles Aacutecidos poliproacuteticos bull Tienen maacutes de un protoacuten ionizable

bull La disociacioacuten se realiza en pasos

Ej

13

H2SO3(aq) +H2O H3O+(aq) + HSO3- Ka1 = 17 x 10

-2

HSO3-(aq) +H2O H3O+ (aq) + SO3=(aq)Ka2 = 64 x 10

-8

bull La remocioacuten del primer protoacuten es siempre maacutes faacutecil

que la de los restantes

bull Ka1 gt Ka2 gt Ka3hellip

bull La mayor parte de la [H3O+] en equilibrio corresponde a

la primera ionizacioacuten del aacutecido (Ka1)-(aq)

Hidroacutelisis de sales

RELACIOacuteN ENTRE Ka

Y Kb EN UN PAR AacuteCIDO ndash BASE

CONJUGADO

Si planteamos la ecuacioacuten que representa la reaccioacuten de un aacutecido deacutebil con el agua y su constante de acidez

HA + H2O Aminus + H3O

+ [Aminus] [H3O+]

Ka =

[HA]

Y hacemos lo mismo para su base conjugada Aminus + H2O HA + OHminus [HA] [OHminus]

Kb =

[Aminus]

Si ahora multiplicamos Ka x Kb tanto [Aminus] como [HA] se simplifican y queda

[Aminus] [H3O

+] [HA] [OHminus]

Ka Kb = = [H3O+] [OHminus] = KW

[HA] [Aminus]

Por lo tanto el producto de Ka Kb en un par aacutecido ndash base conjugado es igual

a la constante del producto ioacutenico del agua son inversamente proporcionales Como

KW es una constante eso indica que cuanto mayor es Ka menor seraacute Kb Cuanto maacutes

fuerte es el aacutecido maacutes deacutebil es su base conjugada y viceversa Aplicando menos el logaritmo decimal en ambos teacuterminos de la ecuacioacuten

KW = Ka Kb

minuslog KW = minuslog Ka + (minuslog Kb)

14

pKW = pKa + pKb

Esta ecuacioacuten en su forma original da la relacioacuten entre la constante de acidez de un aacutecido deacutebil y la constante de basicidad de su base conjugada Utilizaacutendola es muy faacutecil obtener el valor de una conociendo el de la otra La ecuacioacuten en la forma

logariacutetmica da la relacioacuten entre pKa y pKb a temperatura ambiente su suma es 14

Conociendo uno inmediatamente se puede conocer el otro Aacutecidos poliproacuteticos son los que pueden donar maacutes de 1 protoacuten

Es la reaccioacuten de los iones de una sal con el agua Asiacute las sales pueden producir que

una disolucioacuten de las mismas sea aacutecida baacutesica o neutra Soacutelo es apreciable cuando estos

iones son conjugados fuertes proceden de un aacutecido o una base deacutebil

Ejemplo de hidroacutelisis aacutecida (de un catioacuten) NH4+ + H3O

+ CH3 NH3

+

Ejemplo de hidroacutelisis baacutesica (de un anioacuten) CH3ndashCOO

ndash + H2O

+NO2

- ClO

-

TTiippooss ddee hhiiddrroacuteoacutelliissiiss

Seguacuten procedan el catioacuten y el anioacuten de un aacutecido o una base fuerte o deacutebil las sales se

clasifican en

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base fuerte

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base fuerte (Hidroacutelisis Baacutesica)

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base deacutebil (Hidroacutelisis Aacutecida)

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base deacutebil

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE FUERTE

SALES NEUTRAS

Ejemplo NaCl

NO SE PRODUCE HIDROacuteLISIS ya que tanto el Na+ que es un aacutecido muy deacutebil

como el Clndash que es una base muy deacutebil apenas reaccionan con agua (debido a que

procede de un acido fuerte) Es decir los equilibrios

Na+ + 2 H2O NaOH

+ H3O

+

Clndash + H2O HCl

+ OH

ndash

estaacuten muy desplazado hacia la izquierda y por tanto su reaccioacuten con el agua es

insignificante El pH en neutro debido a que el unico aporte de H3O+ es el proveniente

de agua y H3O+ = O H

- = 1 x 10

-7 pH = 7

HIDROacuteLISIS BAacuteSICA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL

Y BASE FUERTE SALES BASICAS

Ejemplo Na+CH3ndashCOO

ndash(Acetato de sodio)

15

Se produce HIDROacuteLISIS BAacuteSICA ya que el Na+ es un aacutecido muy deacutebil y apenas

reacciona con agua pero el CH3ndashCOOndash es una base relativamente fuerte y si reacciona

con eacutesta de forma significativa

CH3ndashCOOndash + H2O CH3ndashCOOH

+ OH

ndash Khb = Kw

Ka CH3 mdashCOOH(acido acetico)

lo que provoca que el pH gt 7 (disolucioacuten baacutesica)

HIDROacuteLISIS AacuteCIDA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE

DEacuteBILSALES ACIDAS

Ejemplo NH4Cl

Se produce HIDROacuteLISIS AacuteCIDA ya que el NH4+ es un aacutecido relativamente fuerte y

reacciona con agua mientras que el Clndash es una base deacutebil y no lo hace de forma

significativa

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw

KbNH3

lo que provoca que el pH lt 7 (disolucioacuten aacutecida)

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL Y BASE DEacuteBIL

Ejemplo NH4CN

En este caso tanto el catioacuten NH4+

como el anioacuten CNndash se hidrolizan y la disolucioacuten seraacute

aacutecida o baacutesica seguacuten queacute ioacuten se hidrolice en mayor grado

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw = 56 x 10

ndash10

KbNH3

CN- + H2O CNH + OH

- Khb = Kw = 2 x10

ndash5 M

KaCNH

Como Khb(CNndash) = 2 x10

ndash5 es mayor Kha(NH4

+) = 56 x 10

ndash10 en este caso la

disolucioacuten es baacutesica

Para saber con cual equilibrio se debe trabaja se evaluacutean las

magnitudes de las constantes de hidroacutelisis

Ejemplo

Sabiendo que Ka (HCN) = 40 middot 10ndash10 M calcular el pH y el grado de hidroacutelisis de

una disolucioacuten acuosa de NaCN 001 M

SOLUCIONES REGULADORAS (BUFFERS)AMORTIGUADORAS

Una solucioacuten reguladora del pH o buffer es una solucioacuten que tiene la

capacidad de amortiguar o minimizar los cambios de pH

16

Pequentildeas cantidades de iones H3O+ oacute OHminus que agregadas al agua o a una solucioacuten que

no tenga poder regulador hariacutean variar el pH en varias unidades al ser agregadas a un buffer producen un cambio de pH que es miacutenimo o inapreciable

La regulacioacuten del pH es muy importante no soacutelo cuando se hacen en el

laboratorio reacciones en las cuales el cambio en el pH puede afectar la reaccioacuten sino en todas las reacciones que ocurren en los organismos vivos Las reacciones bioloacutegicas estaacuten catalizadas (aceleradas) por enzimas que son proteiacutenas Las enzimas no solamente pueden destruirse (desnaturalizarse) con cambios bruscos de pH sino que tienen un rango de pH oacuteptimo para su trabajo Cuando se trabaja en el laboratorio con reacciones enzimaacuteticas es necesario regular el pH De la misma manera en los organismos vivos el pH estaacute regulado

Como ejemplo en nuestro organismo podemos citar la sangre El pH normal del plasma de la sangre medido a temperatura ambiente es aproximadamente 740 Valores de pH menores de 730 o mayores de 750 pueden provocar la muerte Como consecuencia de esto existen en la sangre varios sistemas que actuacutean como reguladores de los cuales los maacutes importantes son los pares H2CO3 HCO3

ndash y H2PO4ndash

HPO42ndash ademaacutes de las proteiacutenas entre las cuales en la sangre la principal es la

hemoglobina Ademaacutes tambieacuten existen en la sangre reguladores fisioloacutegicos del pH Para comprender como se forma una solucioacuten buffer veamos que ocurre si

colocamos en la misma solucioacuten un aacutecido deacutebil y su base conjugada Al hacer esto estaraacuten ocurriendo simultaacuteneamente las dos reacciones reversibles y los dos equilibrios se influiraacuten mutuamente cada uno afecta al otro

HA + H2O Aminus + H3O+

Ca minus xa xa xa

Aminus + H2O HA + OHminus

Ci (M) Ca exc 0 asymp 0 Cb exc 0

asymp 0

Ceq (M) Ca minus xa xa xa Cb minus xb

xb xb

Recordemos que la x es despreciable con respecto a la concentracioacuten inicial cuando la concentracioacuten inicial es grande o cuando el aacutecido o la base se disocian poco

(Ka o Kb chicas) En este caso si tenemos concentraciones razonablemente grandes de

Ca y Cb es mucho maacutes vaacutelido el despreciar xa y xb El equilibrio del aacutecido se veraacute

afectado por una gran concentracioacuten de Aminus (Cb) con lo cual el aacutecido se inonizaraacute menos

y a su vez el equilibrio de su base conjugada se veraacute afectado por una gran

17

concentracioacuten del aacutecido (Ca) y el estado de equilibrio estaraacute desplazado hacia la

formacioacuten de reactivos Por lo expresado en el paacuterrafo anterior la concentracioacuten del aacutecido en el

equilibrio seraacute Ca y la concentracioacuten de la base conjugada en el equilibrio seraacute Cb Si

planteamos la constante de ionizacioacuten del aacutecido queda

[Aminus] [H3O+] Cb [H3O

+] Ka Ca

Ka = = [H3O+] =

[HA] Ca Cb

Aplicando menos el logaritmo en ambos teacuterminos para que quede PH

minuslog [H3O+] = minuslog Ka + (minuslog Ca Cb )

Siendo minuslog Ca Cb = log Cb Ca queda

pH = pKa + log Cb Ca

Esta ecuacioacuten se conoce como ecuacioacuten de Henderson ndash Hasselbalch o ecuacioacuten buffer Una solucioacuten con estas caracteriacutesticas tendraacute la capacidad de regular el pH Ante el agregado de iones hidronio eacutestos se neutralizaraacuten con la base Aminus su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute en la misma cantidad la concentracioacuten en el equilibrio de el aacutecido HA pero al ir a la ecuacioacuten de Henderson este efecto queda minimizado por el logaritmo y el pH variacutea en forma miacutenima o inapreciable Lo mismo sucede ante el agregado de iones hidroacutexido eacutestos se neutralizaraacuten con el aacutecido HA su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute algo la concentracioacuten en el equilibrio de la base Aminus

Podemos poner lo expresado en ecuaciones que nos indican coacutemo actuacutea

una solucioacuten reguladora para amortiguar el cambio de pH ante el agregado de un aacutecido fuerte o una base fuerte Debemos recordar que un aacutecido o una base fuertes se disocian totalmente y por lo tanto el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un aacutecido monoproacutetico es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidronio y el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un hidroxido de un metal alcalino es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidroacutexido

Si tenemos el buffer formado por el aacutecido deacutebil HA y su base conjugada Aminus y

agregamos una pequentildea cantidad de moles de un aacutecido fuerte monoproacutetico (la misma de moles de iones hidronio) se produce

A minus + H3O

+ HA + H2O

La base deacutebil Aminus neutraliza los iones hidronio y forma agua Como la cantidad de iones hidronio agregada es pequentildea y la cantidad de Aminus es grande el estado de

18

equilibrio estaacute casi totalmente desplazado hacia los productos y por lo tanto puede considerarse como una reaccioacuten completa

Si agregamos una pequentildea cantidad de base fuerte (equivalente a agregar iones hidroacutexido) se produce

HA + OH minus A

minus + H2O

El aacutecido deacutebil HA neutraliza los iones hidroacutexido y forma agua Por igual razoacuten

que en el caso anterior tambieacuten puede considerarse como reaccioacuten completa

El buffer actuacutea neutralizando los agregados de iones hidronio o

hidroacutexido y formando agua con lo cual minimiza el cambio de pH de la

solucioacuten Esta es la accioacuten reguladora de un buffer

Para poder tener una solucioacuten buffer partimos de una solucioacuten que contiene un

aacutecido y una base deacutebiles conjugados Esta es la primera condicioacuten para que la solucioacuten tenga poder regulador El buffer se puede formar poniendo un aacutecido deacutebil y su base conjugada como sal de un aacutecido fuerte por ejemplo aacutecido aceacutetico y acetato de sodio o poniendo una base deacutebil y su aacutecido conjugado como sal de una base fuerte por ejemplo amoniacuteaco y cloruro de amonio (recordaacute lo explicado en el tema anterior

relacioacuten entre Ka y Kb en un par aacutecido base conjugado con respecto a las sales)

La segunda condicioacuten para que la solucioacuten tenga buen poder regulador es que tanto el aacutecido como su base conjugada esteacuten en concentraciones grandes No

solamente para que sea vaacutelido el desprecio de las x sino porque Ca y Cb son la

ldquoreservardquo del buffer para neutralizar el agregado de aacutecido o base Si el buffer es muy diluido soportaraacute menos agregado de iones H3O

+ oacute OHminus y en el caso extremo de que este agregado consuma totalmente al aacutecido o su base conjugada el buffer se destruye y la solucioacuten pierde por completo su capacidad reguladora En los buffers de uso maacutes

frecuente Ca y Cb se hallan entre 005 M y 100 M Dentro de este rango es vaacutelido

utilizar la ecuacioacuten de Henderson Queda una tercera condicioacuten experimentalmente puede concluirse que cuanto

menor sea la diferencia entre Ca y Cb es decir cuanto maacutes cercana a 1 sea la relacioacuten

Cb Ca mejor es el poder regulador del buffer Si 01 lt Cb Ca lt 10 o sea que una

no es maacutes de 10 veces mayor que la otra el sistema tiene una capacidad reguladora aceptable Matemaacuteticamente si se cumple esta condicioacuten el pH no puede variar en

maacutes de una unidad con respecto al pKa del aacutecido deacutebil que forma el buffer

Utilizando la ecuacioacuten de Henderson

pH = pKa + log Cb Ca

Si Cb Ca = 01 como log 01 = ndash1 pH = pKa ndash 1

Si Cb Ca = 1 como log 1 = 0 pH = pKa

19

Si Cb Ca = 10 como log 10 = 1 pH = pKa + 1

Resumiendo deben cumplirse estas tres condiciones para que una solucioacuten

tenga buen poder regulador si alguna de estas tres condiciones no se cumple la capacidad reguladora de la solucioacuten se veraacute disminuida o seraacute nula

Las tres condiciones para que una solucioacuten tenga buen poder regulador son

1) La solucioacuten debe contener un aacutecido deacutebil y su base deacutebil conjugada

2) Ca y Cb deben ser suficientemente grandes usualmente entre 005 M y

100 M 3) La relacioacuten Cb Ca debe estar entre 01 y 10

Indicadores Muchas sustancias presentan diferentes colores de acuerdo con el pH en que se disuelven y se

utilizan como indicadores Muchos indicadores son aacutecidos o bases orgaacutenicas deacutebiles

El equilibrio de un indicador aacutecido (HIn) se describe de manera general como

HIn + H2O harr In- + H3O+

La disociacioacuten del indicador se acompantildea con cambios en la estructura

El ojo humano es poco sensible por lo que se ha determinado que para que se pueda apreciar

uncambio de color La relacioacuten del indicador en forma aacutecida y baacutesica debe ser mayor o igual a

10 es

decir

HInge 10

In-

HInle 10

In-

pH = pKa + log In-

HIn

pH= pKa + log 1

10

ΔpH= pKa +-1 ΔpH 2

De donde se deduce que el ojo humano aprecia cambios de color perfectamente cuando el

cambio

de pH es al menos de dos unidades

Algunos indicadores de pH importantes

Azul de timol 12-18 165 rojo-amarillo

Naranja de metilo 31-5 346 rojo-naranja

Azul de bromotimol 62-76 71 amarillo-azul

Fenolftaleiacutena 83-10 - incolora-rosa

20

Page 13: EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS · 1 EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS Electrolitos. Electrolitos son las sustancias que originan iones libres al disolverse

13

H2SO3(aq) +H2O H3O+(aq) + HSO3- Ka1 = 17 x 10

-2

HSO3-(aq) +H2O H3O+ (aq) + SO3=(aq)Ka2 = 64 x 10

-8

bull La remocioacuten del primer protoacuten es siempre maacutes faacutecil

que la de los restantes

bull Ka1 gt Ka2 gt Ka3hellip

bull La mayor parte de la [H3O+] en equilibrio corresponde a

la primera ionizacioacuten del aacutecido (Ka1)-(aq)

Hidroacutelisis de sales

RELACIOacuteN ENTRE Ka

Y Kb EN UN PAR AacuteCIDO ndash BASE

CONJUGADO

Si planteamos la ecuacioacuten que representa la reaccioacuten de un aacutecido deacutebil con el agua y su constante de acidez

HA + H2O Aminus + H3O

+ [Aminus] [H3O+]

Ka =

[HA]

Y hacemos lo mismo para su base conjugada Aminus + H2O HA + OHminus [HA] [OHminus]

Kb =

[Aminus]

Si ahora multiplicamos Ka x Kb tanto [Aminus] como [HA] se simplifican y queda

[Aminus] [H3O

+] [HA] [OHminus]

Ka Kb = = [H3O+] [OHminus] = KW

[HA] [Aminus]

Por lo tanto el producto de Ka Kb en un par aacutecido ndash base conjugado es igual

a la constante del producto ioacutenico del agua son inversamente proporcionales Como

KW es una constante eso indica que cuanto mayor es Ka menor seraacute Kb Cuanto maacutes

fuerte es el aacutecido maacutes deacutebil es su base conjugada y viceversa Aplicando menos el logaritmo decimal en ambos teacuterminos de la ecuacioacuten

KW = Ka Kb

minuslog KW = minuslog Ka + (minuslog Kb)

14

pKW = pKa + pKb

Esta ecuacioacuten en su forma original da la relacioacuten entre la constante de acidez de un aacutecido deacutebil y la constante de basicidad de su base conjugada Utilizaacutendola es muy faacutecil obtener el valor de una conociendo el de la otra La ecuacioacuten en la forma

logariacutetmica da la relacioacuten entre pKa y pKb a temperatura ambiente su suma es 14

Conociendo uno inmediatamente se puede conocer el otro Aacutecidos poliproacuteticos son los que pueden donar maacutes de 1 protoacuten

Es la reaccioacuten de los iones de una sal con el agua Asiacute las sales pueden producir que

una disolucioacuten de las mismas sea aacutecida baacutesica o neutra Soacutelo es apreciable cuando estos

iones son conjugados fuertes proceden de un aacutecido o una base deacutebil

Ejemplo de hidroacutelisis aacutecida (de un catioacuten) NH4+ + H3O

+ CH3 NH3

+

Ejemplo de hidroacutelisis baacutesica (de un anioacuten) CH3ndashCOO

ndash + H2O

+NO2

- ClO

-

TTiippooss ddee hhiiddrroacuteoacutelliissiiss

Seguacuten procedan el catioacuten y el anioacuten de un aacutecido o una base fuerte o deacutebil las sales se

clasifican en

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base fuerte

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base fuerte (Hidroacutelisis Baacutesica)

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base deacutebil (Hidroacutelisis Aacutecida)

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base deacutebil

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE FUERTE

SALES NEUTRAS

Ejemplo NaCl

NO SE PRODUCE HIDROacuteLISIS ya que tanto el Na+ que es un aacutecido muy deacutebil

como el Clndash que es una base muy deacutebil apenas reaccionan con agua (debido a que

procede de un acido fuerte) Es decir los equilibrios

Na+ + 2 H2O NaOH

+ H3O

+

Clndash + H2O HCl

+ OH

ndash

estaacuten muy desplazado hacia la izquierda y por tanto su reaccioacuten con el agua es

insignificante El pH en neutro debido a que el unico aporte de H3O+ es el proveniente

de agua y H3O+ = O H

- = 1 x 10

-7 pH = 7

HIDROacuteLISIS BAacuteSICA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL

Y BASE FUERTE SALES BASICAS

Ejemplo Na+CH3ndashCOO

ndash(Acetato de sodio)

15

Se produce HIDROacuteLISIS BAacuteSICA ya que el Na+ es un aacutecido muy deacutebil y apenas

reacciona con agua pero el CH3ndashCOOndash es una base relativamente fuerte y si reacciona

con eacutesta de forma significativa

CH3ndashCOOndash + H2O CH3ndashCOOH

+ OH

ndash Khb = Kw

Ka CH3 mdashCOOH(acido acetico)

lo que provoca que el pH gt 7 (disolucioacuten baacutesica)

HIDROacuteLISIS AacuteCIDA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE

DEacuteBILSALES ACIDAS

Ejemplo NH4Cl

Se produce HIDROacuteLISIS AacuteCIDA ya que el NH4+ es un aacutecido relativamente fuerte y

reacciona con agua mientras que el Clndash es una base deacutebil y no lo hace de forma

significativa

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw

KbNH3

lo que provoca que el pH lt 7 (disolucioacuten aacutecida)

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL Y BASE DEacuteBIL

Ejemplo NH4CN

En este caso tanto el catioacuten NH4+

como el anioacuten CNndash se hidrolizan y la disolucioacuten seraacute

aacutecida o baacutesica seguacuten queacute ioacuten se hidrolice en mayor grado

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw = 56 x 10

ndash10

KbNH3

CN- + H2O CNH + OH

- Khb = Kw = 2 x10

ndash5 M

KaCNH

Como Khb(CNndash) = 2 x10

ndash5 es mayor Kha(NH4

+) = 56 x 10

ndash10 en este caso la

disolucioacuten es baacutesica

Para saber con cual equilibrio se debe trabaja se evaluacutean las

magnitudes de las constantes de hidroacutelisis

Ejemplo

Sabiendo que Ka (HCN) = 40 middot 10ndash10 M calcular el pH y el grado de hidroacutelisis de

una disolucioacuten acuosa de NaCN 001 M

SOLUCIONES REGULADORAS (BUFFERS)AMORTIGUADORAS

Una solucioacuten reguladora del pH o buffer es una solucioacuten que tiene la

capacidad de amortiguar o minimizar los cambios de pH

16

Pequentildeas cantidades de iones H3O+ oacute OHminus que agregadas al agua o a una solucioacuten que

no tenga poder regulador hariacutean variar el pH en varias unidades al ser agregadas a un buffer producen un cambio de pH que es miacutenimo o inapreciable

La regulacioacuten del pH es muy importante no soacutelo cuando se hacen en el

laboratorio reacciones en las cuales el cambio en el pH puede afectar la reaccioacuten sino en todas las reacciones que ocurren en los organismos vivos Las reacciones bioloacutegicas estaacuten catalizadas (aceleradas) por enzimas que son proteiacutenas Las enzimas no solamente pueden destruirse (desnaturalizarse) con cambios bruscos de pH sino que tienen un rango de pH oacuteptimo para su trabajo Cuando se trabaja en el laboratorio con reacciones enzimaacuteticas es necesario regular el pH De la misma manera en los organismos vivos el pH estaacute regulado

Como ejemplo en nuestro organismo podemos citar la sangre El pH normal del plasma de la sangre medido a temperatura ambiente es aproximadamente 740 Valores de pH menores de 730 o mayores de 750 pueden provocar la muerte Como consecuencia de esto existen en la sangre varios sistemas que actuacutean como reguladores de los cuales los maacutes importantes son los pares H2CO3 HCO3

ndash y H2PO4ndash

HPO42ndash ademaacutes de las proteiacutenas entre las cuales en la sangre la principal es la

hemoglobina Ademaacutes tambieacuten existen en la sangre reguladores fisioloacutegicos del pH Para comprender como se forma una solucioacuten buffer veamos que ocurre si

colocamos en la misma solucioacuten un aacutecido deacutebil y su base conjugada Al hacer esto estaraacuten ocurriendo simultaacuteneamente las dos reacciones reversibles y los dos equilibrios se influiraacuten mutuamente cada uno afecta al otro

HA + H2O Aminus + H3O+

Ca minus xa xa xa

Aminus + H2O HA + OHminus

Ci (M) Ca exc 0 asymp 0 Cb exc 0

asymp 0

Ceq (M) Ca minus xa xa xa Cb minus xb

xb xb

Recordemos que la x es despreciable con respecto a la concentracioacuten inicial cuando la concentracioacuten inicial es grande o cuando el aacutecido o la base se disocian poco

(Ka o Kb chicas) En este caso si tenemos concentraciones razonablemente grandes de

Ca y Cb es mucho maacutes vaacutelido el despreciar xa y xb El equilibrio del aacutecido se veraacute

afectado por una gran concentracioacuten de Aminus (Cb) con lo cual el aacutecido se inonizaraacute menos

y a su vez el equilibrio de su base conjugada se veraacute afectado por una gran

17

concentracioacuten del aacutecido (Ca) y el estado de equilibrio estaraacute desplazado hacia la

formacioacuten de reactivos Por lo expresado en el paacuterrafo anterior la concentracioacuten del aacutecido en el

equilibrio seraacute Ca y la concentracioacuten de la base conjugada en el equilibrio seraacute Cb Si

planteamos la constante de ionizacioacuten del aacutecido queda

[Aminus] [H3O+] Cb [H3O

+] Ka Ca

Ka = = [H3O+] =

[HA] Ca Cb

Aplicando menos el logaritmo en ambos teacuterminos para que quede PH

minuslog [H3O+] = minuslog Ka + (minuslog Ca Cb )

Siendo minuslog Ca Cb = log Cb Ca queda

pH = pKa + log Cb Ca

Esta ecuacioacuten se conoce como ecuacioacuten de Henderson ndash Hasselbalch o ecuacioacuten buffer Una solucioacuten con estas caracteriacutesticas tendraacute la capacidad de regular el pH Ante el agregado de iones hidronio eacutestos se neutralizaraacuten con la base Aminus su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute en la misma cantidad la concentracioacuten en el equilibrio de el aacutecido HA pero al ir a la ecuacioacuten de Henderson este efecto queda minimizado por el logaritmo y el pH variacutea en forma miacutenima o inapreciable Lo mismo sucede ante el agregado de iones hidroacutexido eacutestos se neutralizaraacuten con el aacutecido HA su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute algo la concentracioacuten en el equilibrio de la base Aminus

Podemos poner lo expresado en ecuaciones que nos indican coacutemo actuacutea

una solucioacuten reguladora para amortiguar el cambio de pH ante el agregado de un aacutecido fuerte o una base fuerte Debemos recordar que un aacutecido o una base fuertes se disocian totalmente y por lo tanto el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un aacutecido monoproacutetico es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidronio y el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un hidroxido de un metal alcalino es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidroacutexido

Si tenemos el buffer formado por el aacutecido deacutebil HA y su base conjugada Aminus y

agregamos una pequentildea cantidad de moles de un aacutecido fuerte monoproacutetico (la misma de moles de iones hidronio) se produce

A minus + H3O

+ HA + H2O

La base deacutebil Aminus neutraliza los iones hidronio y forma agua Como la cantidad de iones hidronio agregada es pequentildea y la cantidad de Aminus es grande el estado de

18

equilibrio estaacute casi totalmente desplazado hacia los productos y por lo tanto puede considerarse como una reaccioacuten completa

Si agregamos una pequentildea cantidad de base fuerte (equivalente a agregar iones hidroacutexido) se produce

HA + OH minus A

minus + H2O

El aacutecido deacutebil HA neutraliza los iones hidroacutexido y forma agua Por igual razoacuten

que en el caso anterior tambieacuten puede considerarse como reaccioacuten completa

El buffer actuacutea neutralizando los agregados de iones hidronio o

hidroacutexido y formando agua con lo cual minimiza el cambio de pH de la

solucioacuten Esta es la accioacuten reguladora de un buffer

Para poder tener una solucioacuten buffer partimos de una solucioacuten que contiene un

aacutecido y una base deacutebiles conjugados Esta es la primera condicioacuten para que la solucioacuten tenga poder regulador El buffer se puede formar poniendo un aacutecido deacutebil y su base conjugada como sal de un aacutecido fuerte por ejemplo aacutecido aceacutetico y acetato de sodio o poniendo una base deacutebil y su aacutecido conjugado como sal de una base fuerte por ejemplo amoniacuteaco y cloruro de amonio (recordaacute lo explicado en el tema anterior

relacioacuten entre Ka y Kb en un par aacutecido base conjugado con respecto a las sales)

La segunda condicioacuten para que la solucioacuten tenga buen poder regulador es que tanto el aacutecido como su base conjugada esteacuten en concentraciones grandes No

solamente para que sea vaacutelido el desprecio de las x sino porque Ca y Cb son la

ldquoreservardquo del buffer para neutralizar el agregado de aacutecido o base Si el buffer es muy diluido soportaraacute menos agregado de iones H3O

+ oacute OHminus y en el caso extremo de que este agregado consuma totalmente al aacutecido o su base conjugada el buffer se destruye y la solucioacuten pierde por completo su capacidad reguladora En los buffers de uso maacutes

frecuente Ca y Cb se hallan entre 005 M y 100 M Dentro de este rango es vaacutelido

utilizar la ecuacioacuten de Henderson Queda una tercera condicioacuten experimentalmente puede concluirse que cuanto

menor sea la diferencia entre Ca y Cb es decir cuanto maacutes cercana a 1 sea la relacioacuten

Cb Ca mejor es el poder regulador del buffer Si 01 lt Cb Ca lt 10 o sea que una

no es maacutes de 10 veces mayor que la otra el sistema tiene una capacidad reguladora aceptable Matemaacuteticamente si se cumple esta condicioacuten el pH no puede variar en

maacutes de una unidad con respecto al pKa del aacutecido deacutebil que forma el buffer

Utilizando la ecuacioacuten de Henderson

pH = pKa + log Cb Ca

Si Cb Ca = 01 como log 01 = ndash1 pH = pKa ndash 1

Si Cb Ca = 1 como log 1 = 0 pH = pKa

19

Si Cb Ca = 10 como log 10 = 1 pH = pKa + 1

Resumiendo deben cumplirse estas tres condiciones para que una solucioacuten

tenga buen poder regulador si alguna de estas tres condiciones no se cumple la capacidad reguladora de la solucioacuten se veraacute disminuida o seraacute nula

Las tres condiciones para que una solucioacuten tenga buen poder regulador son

1) La solucioacuten debe contener un aacutecido deacutebil y su base deacutebil conjugada

2) Ca y Cb deben ser suficientemente grandes usualmente entre 005 M y

100 M 3) La relacioacuten Cb Ca debe estar entre 01 y 10

Indicadores Muchas sustancias presentan diferentes colores de acuerdo con el pH en que se disuelven y se

utilizan como indicadores Muchos indicadores son aacutecidos o bases orgaacutenicas deacutebiles

El equilibrio de un indicador aacutecido (HIn) se describe de manera general como

HIn + H2O harr In- + H3O+

La disociacioacuten del indicador se acompantildea con cambios en la estructura

El ojo humano es poco sensible por lo que se ha determinado que para que se pueda apreciar

uncambio de color La relacioacuten del indicador en forma aacutecida y baacutesica debe ser mayor o igual a

10 es

decir

HInge 10

In-

HInle 10

In-

pH = pKa + log In-

HIn

pH= pKa + log 1

10

ΔpH= pKa +-1 ΔpH 2

De donde se deduce que el ojo humano aprecia cambios de color perfectamente cuando el

cambio

de pH es al menos de dos unidades

Algunos indicadores de pH importantes

Azul de timol 12-18 165 rojo-amarillo

Naranja de metilo 31-5 346 rojo-naranja

Azul de bromotimol 62-76 71 amarillo-azul

Fenolftaleiacutena 83-10 - incolora-rosa

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Page 14: EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS · 1 EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS Electrolitos. Electrolitos son las sustancias que originan iones libres al disolverse

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pKW = pKa + pKb

Esta ecuacioacuten en su forma original da la relacioacuten entre la constante de acidez de un aacutecido deacutebil y la constante de basicidad de su base conjugada Utilizaacutendola es muy faacutecil obtener el valor de una conociendo el de la otra La ecuacioacuten en la forma

logariacutetmica da la relacioacuten entre pKa y pKb a temperatura ambiente su suma es 14

Conociendo uno inmediatamente se puede conocer el otro Aacutecidos poliproacuteticos son los que pueden donar maacutes de 1 protoacuten

Es la reaccioacuten de los iones de una sal con el agua Asiacute las sales pueden producir que

una disolucioacuten de las mismas sea aacutecida baacutesica o neutra Soacutelo es apreciable cuando estos

iones son conjugados fuertes proceden de un aacutecido o una base deacutebil

Ejemplo de hidroacutelisis aacutecida (de un catioacuten) NH4+ + H3O

+ CH3 NH3

+

Ejemplo de hidroacutelisis baacutesica (de un anioacuten) CH3ndashCOO

ndash + H2O

+NO2

- ClO

-

TTiippooss ddee hhiiddrroacuteoacutelliissiiss

Seguacuten procedan el catioacuten y el anioacuten de un aacutecido o una base fuerte o deacutebil las sales se

clasifican en

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base fuerte

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base fuerte (Hidroacutelisis Baacutesica)

Sales procedentes de aacutecido fuerte y base deacutebil (Hidroacutelisis Aacutecida)

Sales procedentes de aacutecido deacutebil y base deacutebil

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE FUERTE

SALES NEUTRAS

Ejemplo NaCl

NO SE PRODUCE HIDROacuteLISIS ya que tanto el Na+ que es un aacutecido muy deacutebil

como el Clndash que es una base muy deacutebil apenas reaccionan con agua (debido a que

procede de un acido fuerte) Es decir los equilibrios

Na+ + 2 H2O NaOH

+ H3O

+

Clndash + H2O HCl

+ OH

ndash

estaacuten muy desplazado hacia la izquierda y por tanto su reaccioacuten con el agua es

insignificante El pH en neutro debido a que el unico aporte de H3O+ es el proveniente

de agua y H3O+ = O H

- = 1 x 10

-7 pH = 7

HIDROacuteLISIS BAacuteSICA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL

Y BASE FUERTE SALES BASICAS

Ejemplo Na+CH3ndashCOO

ndash(Acetato de sodio)

15

Se produce HIDROacuteLISIS BAacuteSICA ya que el Na+ es un aacutecido muy deacutebil y apenas

reacciona con agua pero el CH3ndashCOOndash es una base relativamente fuerte y si reacciona

con eacutesta de forma significativa

CH3ndashCOOndash + H2O CH3ndashCOOH

+ OH

ndash Khb = Kw

Ka CH3 mdashCOOH(acido acetico)

lo que provoca que el pH gt 7 (disolucioacuten baacutesica)

HIDROacuteLISIS AacuteCIDA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE

DEacuteBILSALES ACIDAS

Ejemplo NH4Cl

Se produce HIDROacuteLISIS AacuteCIDA ya que el NH4+ es un aacutecido relativamente fuerte y

reacciona con agua mientras que el Clndash es una base deacutebil y no lo hace de forma

significativa

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw

KbNH3

lo que provoca que el pH lt 7 (disolucioacuten aacutecida)

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL Y BASE DEacuteBIL

Ejemplo NH4CN

En este caso tanto el catioacuten NH4+

como el anioacuten CNndash se hidrolizan y la disolucioacuten seraacute

aacutecida o baacutesica seguacuten queacute ioacuten se hidrolice en mayor grado

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw = 56 x 10

ndash10

KbNH3

CN- + H2O CNH + OH

- Khb = Kw = 2 x10

ndash5 M

KaCNH

Como Khb(CNndash) = 2 x10

ndash5 es mayor Kha(NH4

+) = 56 x 10

ndash10 en este caso la

disolucioacuten es baacutesica

Para saber con cual equilibrio se debe trabaja se evaluacutean las

magnitudes de las constantes de hidroacutelisis

Ejemplo

Sabiendo que Ka (HCN) = 40 middot 10ndash10 M calcular el pH y el grado de hidroacutelisis de

una disolucioacuten acuosa de NaCN 001 M

SOLUCIONES REGULADORAS (BUFFERS)AMORTIGUADORAS

Una solucioacuten reguladora del pH o buffer es una solucioacuten que tiene la

capacidad de amortiguar o minimizar los cambios de pH

16

Pequentildeas cantidades de iones H3O+ oacute OHminus que agregadas al agua o a una solucioacuten que

no tenga poder regulador hariacutean variar el pH en varias unidades al ser agregadas a un buffer producen un cambio de pH que es miacutenimo o inapreciable

La regulacioacuten del pH es muy importante no soacutelo cuando se hacen en el

laboratorio reacciones en las cuales el cambio en el pH puede afectar la reaccioacuten sino en todas las reacciones que ocurren en los organismos vivos Las reacciones bioloacutegicas estaacuten catalizadas (aceleradas) por enzimas que son proteiacutenas Las enzimas no solamente pueden destruirse (desnaturalizarse) con cambios bruscos de pH sino que tienen un rango de pH oacuteptimo para su trabajo Cuando se trabaja en el laboratorio con reacciones enzimaacuteticas es necesario regular el pH De la misma manera en los organismos vivos el pH estaacute regulado

Como ejemplo en nuestro organismo podemos citar la sangre El pH normal del plasma de la sangre medido a temperatura ambiente es aproximadamente 740 Valores de pH menores de 730 o mayores de 750 pueden provocar la muerte Como consecuencia de esto existen en la sangre varios sistemas que actuacutean como reguladores de los cuales los maacutes importantes son los pares H2CO3 HCO3

ndash y H2PO4ndash

HPO42ndash ademaacutes de las proteiacutenas entre las cuales en la sangre la principal es la

hemoglobina Ademaacutes tambieacuten existen en la sangre reguladores fisioloacutegicos del pH Para comprender como se forma una solucioacuten buffer veamos que ocurre si

colocamos en la misma solucioacuten un aacutecido deacutebil y su base conjugada Al hacer esto estaraacuten ocurriendo simultaacuteneamente las dos reacciones reversibles y los dos equilibrios se influiraacuten mutuamente cada uno afecta al otro

HA + H2O Aminus + H3O+

Ca minus xa xa xa

Aminus + H2O HA + OHminus

Ci (M) Ca exc 0 asymp 0 Cb exc 0

asymp 0

Ceq (M) Ca minus xa xa xa Cb minus xb

xb xb

Recordemos que la x es despreciable con respecto a la concentracioacuten inicial cuando la concentracioacuten inicial es grande o cuando el aacutecido o la base se disocian poco

(Ka o Kb chicas) En este caso si tenemos concentraciones razonablemente grandes de

Ca y Cb es mucho maacutes vaacutelido el despreciar xa y xb El equilibrio del aacutecido se veraacute

afectado por una gran concentracioacuten de Aminus (Cb) con lo cual el aacutecido se inonizaraacute menos

y a su vez el equilibrio de su base conjugada se veraacute afectado por una gran

17

concentracioacuten del aacutecido (Ca) y el estado de equilibrio estaraacute desplazado hacia la

formacioacuten de reactivos Por lo expresado en el paacuterrafo anterior la concentracioacuten del aacutecido en el

equilibrio seraacute Ca y la concentracioacuten de la base conjugada en el equilibrio seraacute Cb Si

planteamos la constante de ionizacioacuten del aacutecido queda

[Aminus] [H3O+] Cb [H3O

+] Ka Ca

Ka = = [H3O+] =

[HA] Ca Cb

Aplicando menos el logaritmo en ambos teacuterminos para que quede PH

minuslog [H3O+] = minuslog Ka + (minuslog Ca Cb )

Siendo minuslog Ca Cb = log Cb Ca queda

pH = pKa + log Cb Ca

Esta ecuacioacuten se conoce como ecuacioacuten de Henderson ndash Hasselbalch o ecuacioacuten buffer Una solucioacuten con estas caracteriacutesticas tendraacute la capacidad de regular el pH Ante el agregado de iones hidronio eacutestos se neutralizaraacuten con la base Aminus su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute en la misma cantidad la concentracioacuten en el equilibrio de el aacutecido HA pero al ir a la ecuacioacuten de Henderson este efecto queda minimizado por el logaritmo y el pH variacutea en forma miacutenima o inapreciable Lo mismo sucede ante el agregado de iones hidroacutexido eacutestos se neutralizaraacuten con el aacutecido HA su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute algo la concentracioacuten en el equilibrio de la base Aminus

Podemos poner lo expresado en ecuaciones que nos indican coacutemo actuacutea

una solucioacuten reguladora para amortiguar el cambio de pH ante el agregado de un aacutecido fuerte o una base fuerte Debemos recordar que un aacutecido o una base fuertes se disocian totalmente y por lo tanto el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un aacutecido monoproacutetico es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidronio y el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un hidroxido de un metal alcalino es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidroacutexido

Si tenemos el buffer formado por el aacutecido deacutebil HA y su base conjugada Aminus y

agregamos una pequentildea cantidad de moles de un aacutecido fuerte monoproacutetico (la misma de moles de iones hidronio) se produce

A minus + H3O

+ HA + H2O

La base deacutebil Aminus neutraliza los iones hidronio y forma agua Como la cantidad de iones hidronio agregada es pequentildea y la cantidad de Aminus es grande el estado de

18

equilibrio estaacute casi totalmente desplazado hacia los productos y por lo tanto puede considerarse como una reaccioacuten completa

Si agregamos una pequentildea cantidad de base fuerte (equivalente a agregar iones hidroacutexido) se produce

HA + OH minus A

minus + H2O

El aacutecido deacutebil HA neutraliza los iones hidroacutexido y forma agua Por igual razoacuten

que en el caso anterior tambieacuten puede considerarse como reaccioacuten completa

El buffer actuacutea neutralizando los agregados de iones hidronio o

hidroacutexido y formando agua con lo cual minimiza el cambio de pH de la

solucioacuten Esta es la accioacuten reguladora de un buffer

Para poder tener una solucioacuten buffer partimos de una solucioacuten que contiene un

aacutecido y una base deacutebiles conjugados Esta es la primera condicioacuten para que la solucioacuten tenga poder regulador El buffer se puede formar poniendo un aacutecido deacutebil y su base conjugada como sal de un aacutecido fuerte por ejemplo aacutecido aceacutetico y acetato de sodio o poniendo una base deacutebil y su aacutecido conjugado como sal de una base fuerte por ejemplo amoniacuteaco y cloruro de amonio (recordaacute lo explicado en el tema anterior

relacioacuten entre Ka y Kb en un par aacutecido base conjugado con respecto a las sales)

La segunda condicioacuten para que la solucioacuten tenga buen poder regulador es que tanto el aacutecido como su base conjugada esteacuten en concentraciones grandes No

solamente para que sea vaacutelido el desprecio de las x sino porque Ca y Cb son la

ldquoreservardquo del buffer para neutralizar el agregado de aacutecido o base Si el buffer es muy diluido soportaraacute menos agregado de iones H3O

+ oacute OHminus y en el caso extremo de que este agregado consuma totalmente al aacutecido o su base conjugada el buffer se destruye y la solucioacuten pierde por completo su capacidad reguladora En los buffers de uso maacutes

frecuente Ca y Cb se hallan entre 005 M y 100 M Dentro de este rango es vaacutelido

utilizar la ecuacioacuten de Henderson Queda una tercera condicioacuten experimentalmente puede concluirse que cuanto

menor sea la diferencia entre Ca y Cb es decir cuanto maacutes cercana a 1 sea la relacioacuten

Cb Ca mejor es el poder regulador del buffer Si 01 lt Cb Ca lt 10 o sea que una

no es maacutes de 10 veces mayor que la otra el sistema tiene una capacidad reguladora aceptable Matemaacuteticamente si se cumple esta condicioacuten el pH no puede variar en

maacutes de una unidad con respecto al pKa del aacutecido deacutebil que forma el buffer

Utilizando la ecuacioacuten de Henderson

pH = pKa + log Cb Ca

Si Cb Ca = 01 como log 01 = ndash1 pH = pKa ndash 1

Si Cb Ca = 1 como log 1 = 0 pH = pKa

19

Si Cb Ca = 10 como log 10 = 1 pH = pKa + 1

Resumiendo deben cumplirse estas tres condiciones para que una solucioacuten

tenga buen poder regulador si alguna de estas tres condiciones no se cumple la capacidad reguladora de la solucioacuten se veraacute disminuida o seraacute nula

Las tres condiciones para que una solucioacuten tenga buen poder regulador son

1) La solucioacuten debe contener un aacutecido deacutebil y su base deacutebil conjugada

2) Ca y Cb deben ser suficientemente grandes usualmente entre 005 M y

100 M 3) La relacioacuten Cb Ca debe estar entre 01 y 10

Indicadores Muchas sustancias presentan diferentes colores de acuerdo con el pH en que se disuelven y se

utilizan como indicadores Muchos indicadores son aacutecidos o bases orgaacutenicas deacutebiles

El equilibrio de un indicador aacutecido (HIn) se describe de manera general como

HIn + H2O harr In- + H3O+

La disociacioacuten del indicador se acompantildea con cambios en la estructura

El ojo humano es poco sensible por lo que se ha determinado que para que se pueda apreciar

uncambio de color La relacioacuten del indicador en forma aacutecida y baacutesica debe ser mayor o igual a

10 es

decir

HInge 10

In-

HInle 10

In-

pH = pKa + log In-

HIn

pH= pKa + log 1

10

ΔpH= pKa +-1 ΔpH 2

De donde se deduce que el ojo humano aprecia cambios de color perfectamente cuando el

cambio

de pH es al menos de dos unidades

Algunos indicadores de pH importantes

Azul de timol 12-18 165 rojo-amarillo

Naranja de metilo 31-5 346 rojo-naranja

Azul de bromotimol 62-76 71 amarillo-azul

Fenolftaleiacutena 83-10 - incolora-rosa

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Page 15: EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS · 1 EQUILIBRIOS DE DISOLUCIONES DE ELECTROLITOS Electrolitos. Electrolitos son las sustancias que originan iones libres al disolverse

15

Se produce HIDROacuteLISIS BAacuteSICA ya que el Na+ es un aacutecido muy deacutebil y apenas

reacciona con agua pero el CH3ndashCOOndash es una base relativamente fuerte y si reacciona

con eacutesta de forma significativa

CH3ndashCOOndash + H2O CH3ndashCOOH

+ OH

ndash Khb = Kw

Ka CH3 mdashCOOH(acido acetico)

lo que provoca que el pH gt 7 (disolucioacuten baacutesica)

HIDROacuteLISIS AacuteCIDA SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO FUERTE Y BASE

DEacuteBILSALES ACIDAS

Ejemplo NH4Cl

Se produce HIDROacuteLISIS AacuteCIDA ya que el NH4+ es un aacutecido relativamente fuerte y

reacciona con agua mientras que el Clndash es una base deacutebil y no lo hace de forma

significativa

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw

KbNH3

lo que provoca que el pH lt 7 (disolucioacuten aacutecida)

SALES PROCEDENTES DE AacuteCIDO DEacuteBIL Y BASE DEacuteBIL

Ejemplo NH4CN

En este caso tanto el catioacuten NH4+

como el anioacuten CNndash se hidrolizan y la disolucioacuten seraacute

aacutecida o baacutesica seguacuten queacute ioacuten se hidrolice en mayor grado

NH4+ + H2O NH3

+ H3O

+ Kha = Kw = 56 x 10

ndash10

KbNH3

CN- + H2O CNH + OH

- Khb = Kw = 2 x10

ndash5 M

KaCNH

Como Khb(CNndash) = 2 x10

ndash5 es mayor Kha(NH4

+) = 56 x 10

ndash10 en este caso la

disolucioacuten es baacutesica

Para saber con cual equilibrio se debe trabaja se evaluacutean las

magnitudes de las constantes de hidroacutelisis

Ejemplo

Sabiendo que Ka (HCN) = 40 middot 10ndash10 M calcular el pH y el grado de hidroacutelisis de

una disolucioacuten acuosa de NaCN 001 M

SOLUCIONES REGULADORAS (BUFFERS)AMORTIGUADORAS

Una solucioacuten reguladora del pH o buffer es una solucioacuten que tiene la

capacidad de amortiguar o minimizar los cambios de pH

16

Pequentildeas cantidades de iones H3O+ oacute OHminus que agregadas al agua o a una solucioacuten que

no tenga poder regulador hariacutean variar el pH en varias unidades al ser agregadas a un buffer producen un cambio de pH que es miacutenimo o inapreciable

La regulacioacuten del pH es muy importante no soacutelo cuando se hacen en el

laboratorio reacciones en las cuales el cambio en el pH puede afectar la reaccioacuten sino en todas las reacciones que ocurren en los organismos vivos Las reacciones bioloacutegicas estaacuten catalizadas (aceleradas) por enzimas que son proteiacutenas Las enzimas no solamente pueden destruirse (desnaturalizarse) con cambios bruscos de pH sino que tienen un rango de pH oacuteptimo para su trabajo Cuando se trabaja en el laboratorio con reacciones enzimaacuteticas es necesario regular el pH De la misma manera en los organismos vivos el pH estaacute regulado

Como ejemplo en nuestro organismo podemos citar la sangre El pH normal del plasma de la sangre medido a temperatura ambiente es aproximadamente 740 Valores de pH menores de 730 o mayores de 750 pueden provocar la muerte Como consecuencia de esto existen en la sangre varios sistemas que actuacutean como reguladores de los cuales los maacutes importantes son los pares H2CO3 HCO3

ndash y H2PO4ndash

HPO42ndash ademaacutes de las proteiacutenas entre las cuales en la sangre la principal es la

hemoglobina Ademaacutes tambieacuten existen en la sangre reguladores fisioloacutegicos del pH Para comprender como se forma una solucioacuten buffer veamos que ocurre si

colocamos en la misma solucioacuten un aacutecido deacutebil y su base conjugada Al hacer esto estaraacuten ocurriendo simultaacuteneamente las dos reacciones reversibles y los dos equilibrios se influiraacuten mutuamente cada uno afecta al otro

HA + H2O Aminus + H3O+

Ca minus xa xa xa

Aminus + H2O HA + OHminus

Ci (M) Ca exc 0 asymp 0 Cb exc 0

asymp 0

Ceq (M) Ca minus xa xa xa Cb minus xb

xb xb

Recordemos que la x es despreciable con respecto a la concentracioacuten inicial cuando la concentracioacuten inicial es grande o cuando el aacutecido o la base se disocian poco

(Ka o Kb chicas) En este caso si tenemos concentraciones razonablemente grandes de

Ca y Cb es mucho maacutes vaacutelido el despreciar xa y xb El equilibrio del aacutecido se veraacute

afectado por una gran concentracioacuten de Aminus (Cb) con lo cual el aacutecido se inonizaraacute menos

y a su vez el equilibrio de su base conjugada se veraacute afectado por una gran

17

concentracioacuten del aacutecido (Ca) y el estado de equilibrio estaraacute desplazado hacia la

formacioacuten de reactivos Por lo expresado en el paacuterrafo anterior la concentracioacuten del aacutecido en el

equilibrio seraacute Ca y la concentracioacuten de la base conjugada en el equilibrio seraacute Cb Si

planteamos la constante de ionizacioacuten del aacutecido queda

[Aminus] [H3O+] Cb [H3O

+] Ka Ca

Ka = = [H3O+] =

[HA] Ca Cb

Aplicando menos el logaritmo en ambos teacuterminos para que quede PH

minuslog [H3O+] = minuslog Ka + (minuslog Ca Cb )

Siendo minuslog Ca Cb = log Cb Ca queda

pH = pKa + log Cb Ca

Esta ecuacioacuten se conoce como ecuacioacuten de Henderson ndash Hasselbalch o ecuacioacuten buffer Una solucioacuten con estas caracteriacutesticas tendraacute la capacidad de regular el pH Ante el agregado de iones hidronio eacutestos se neutralizaraacuten con la base Aminus su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute en la misma cantidad la concentracioacuten en el equilibrio de el aacutecido HA pero al ir a la ecuacioacuten de Henderson este efecto queda minimizado por el logaritmo y el pH variacutea en forma miacutenima o inapreciable Lo mismo sucede ante el agregado de iones hidroacutexido eacutestos se neutralizaraacuten con el aacutecido HA su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute algo la concentracioacuten en el equilibrio de la base Aminus

Podemos poner lo expresado en ecuaciones que nos indican coacutemo actuacutea

una solucioacuten reguladora para amortiguar el cambio de pH ante el agregado de un aacutecido fuerte o una base fuerte Debemos recordar que un aacutecido o una base fuertes se disocian totalmente y por lo tanto el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un aacutecido monoproacutetico es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidronio y el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un hidroxido de un metal alcalino es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidroacutexido

Si tenemos el buffer formado por el aacutecido deacutebil HA y su base conjugada Aminus y

agregamos una pequentildea cantidad de moles de un aacutecido fuerte monoproacutetico (la misma de moles de iones hidronio) se produce

A minus + H3O

+ HA + H2O

La base deacutebil Aminus neutraliza los iones hidronio y forma agua Como la cantidad de iones hidronio agregada es pequentildea y la cantidad de Aminus es grande el estado de

18

equilibrio estaacute casi totalmente desplazado hacia los productos y por lo tanto puede considerarse como una reaccioacuten completa

Si agregamos una pequentildea cantidad de base fuerte (equivalente a agregar iones hidroacutexido) se produce

HA + OH minus A

minus + H2O

El aacutecido deacutebil HA neutraliza los iones hidroacutexido y forma agua Por igual razoacuten

que en el caso anterior tambieacuten puede considerarse como reaccioacuten completa

El buffer actuacutea neutralizando los agregados de iones hidronio o

hidroacutexido y formando agua con lo cual minimiza el cambio de pH de la

solucioacuten Esta es la accioacuten reguladora de un buffer

Para poder tener una solucioacuten buffer partimos de una solucioacuten que contiene un

aacutecido y una base deacutebiles conjugados Esta es la primera condicioacuten para que la solucioacuten tenga poder regulador El buffer se puede formar poniendo un aacutecido deacutebil y su base conjugada como sal de un aacutecido fuerte por ejemplo aacutecido aceacutetico y acetato de sodio o poniendo una base deacutebil y su aacutecido conjugado como sal de una base fuerte por ejemplo amoniacuteaco y cloruro de amonio (recordaacute lo explicado en el tema anterior

relacioacuten entre Ka y Kb en un par aacutecido base conjugado con respecto a las sales)

La segunda condicioacuten para que la solucioacuten tenga buen poder regulador es que tanto el aacutecido como su base conjugada esteacuten en concentraciones grandes No

solamente para que sea vaacutelido el desprecio de las x sino porque Ca y Cb son la

ldquoreservardquo del buffer para neutralizar el agregado de aacutecido o base Si el buffer es muy diluido soportaraacute menos agregado de iones H3O

+ oacute OHminus y en el caso extremo de que este agregado consuma totalmente al aacutecido o su base conjugada el buffer se destruye y la solucioacuten pierde por completo su capacidad reguladora En los buffers de uso maacutes

frecuente Ca y Cb se hallan entre 005 M y 100 M Dentro de este rango es vaacutelido

utilizar la ecuacioacuten de Henderson Queda una tercera condicioacuten experimentalmente puede concluirse que cuanto

menor sea la diferencia entre Ca y Cb es decir cuanto maacutes cercana a 1 sea la relacioacuten

Cb Ca mejor es el poder regulador del buffer Si 01 lt Cb Ca lt 10 o sea que una

no es maacutes de 10 veces mayor que la otra el sistema tiene una capacidad reguladora aceptable Matemaacuteticamente si se cumple esta condicioacuten el pH no puede variar en

maacutes de una unidad con respecto al pKa del aacutecido deacutebil que forma el buffer

Utilizando la ecuacioacuten de Henderson

pH = pKa + log Cb Ca

Si Cb Ca = 01 como log 01 = ndash1 pH = pKa ndash 1

Si Cb Ca = 1 como log 1 = 0 pH = pKa

19

Si Cb Ca = 10 como log 10 = 1 pH = pKa + 1

Resumiendo deben cumplirse estas tres condiciones para que una solucioacuten

tenga buen poder regulador si alguna de estas tres condiciones no se cumple la capacidad reguladora de la solucioacuten se veraacute disminuida o seraacute nula

Las tres condiciones para que una solucioacuten tenga buen poder regulador son

1) La solucioacuten debe contener un aacutecido deacutebil y su base deacutebil conjugada

2) Ca y Cb deben ser suficientemente grandes usualmente entre 005 M y

100 M 3) La relacioacuten Cb Ca debe estar entre 01 y 10

Indicadores Muchas sustancias presentan diferentes colores de acuerdo con el pH en que se disuelven y se

utilizan como indicadores Muchos indicadores son aacutecidos o bases orgaacutenicas deacutebiles

El equilibrio de un indicador aacutecido (HIn) se describe de manera general como

HIn + H2O harr In- + H3O+

La disociacioacuten del indicador se acompantildea con cambios en la estructura

El ojo humano es poco sensible por lo que se ha determinado que para que se pueda apreciar

uncambio de color La relacioacuten del indicador en forma aacutecida y baacutesica debe ser mayor o igual a

10 es

decir

HInge 10

In-

HInle 10

In-

pH = pKa + log In-

HIn

pH= pKa + log 1

10

ΔpH= pKa +-1 ΔpH 2

De donde se deduce que el ojo humano aprecia cambios de color perfectamente cuando el

cambio

de pH es al menos de dos unidades

Algunos indicadores de pH importantes

Azul de timol 12-18 165 rojo-amarillo

Naranja de metilo 31-5 346 rojo-naranja

Azul de bromotimol 62-76 71 amarillo-azul

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Pequentildeas cantidades de iones H3O+ oacute OHminus que agregadas al agua o a una solucioacuten que

no tenga poder regulador hariacutean variar el pH en varias unidades al ser agregadas a un buffer producen un cambio de pH que es miacutenimo o inapreciable

La regulacioacuten del pH es muy importante no soacutelo cuando se hacen en el

laboratorio reacciones en las cuales el cambio en el pH puede afectar la reaccioacuten sino en todas las reacciones que ocurren en los organismos vivos Las reacciones bioloacutegicas estaacuten catalizadas (aceleradas) por enzimas que son proteiacutenas Las enzimas no solamente pueden destruirse (desnaturalizarse) con cambios bruscos de pH sino que tienen un rango de pH oacuteptimo para su trabajo Cuando se trabaja en el laboratorio con reacciones enzimaacuteticas es necesario regular el pH De la misma manera en los organismos vivos el pH estaacute regulado

Como ejemplo en nuestro organismo podemos citar la sangre El pH normal del plasma de la sangre medido a temperatura ambiente es aproximadamente 740 Valores de pH menores de 730 o mayores de 750 pueden provocar la muerte Como consecuencia de esto existen en la sangre varios sistemas que actuacutean como reguladores de los cuales los maacutes importantes son los pares H2CO3 HCO3

ndash y H2PO4ndash

HPO42ndash ademaacutes de las proteiacutenas entre las cuales en la sangre la principal es la

hemoglobina Ademaacutes tambieacuten existen en la sangre reguladores fisioloacutegicos del pH Para comprender como se forma una solucioacuten buffer veamos que ocurre si

colocamos en la misma solucioacuten un aacutecido deacutebil y su base conjugada Al hacer esto estaraacuten ocurriendo simultaacuteneamente las dos reacciones reversibles y los dos equilibrios se influiraacuten mutuamente cada uno afecta al otro

HA + H2O Aminus + H3O+

Ca minus xa xa xa

Aminus + H2O HA + OHminus

Ci (M) Ca exc 0 asymp 0 Cb exc 0

asymp 0

Ceq (M) Ca minus xa xa xa Cb minus xb

xb xb

Recordemos que la x es despreciable con respecto a la concentracioacuten inicial cuando la concentracioacuten inicial es grande o cuando el aacutecido o la base se disocian poco

(Ka o Kb chicas) En este caso si tenemos concentraciones razonablemente grandes de

Ca y Cb es mucho maacutes vaacutelido el despreciar xa y xb El equilibrio del aacutecido se veraacute

afectado por una gran concentracioacuten de Aminus (Cb) con lo cual el aacutecido se inonizaraacute menos

y a su vez el equilibrio de su base conjugada se veraacute afectado por una gran

17

concentracioacuten del aacutecido (Ca) y el estado de equilibrio estaraacute desplazado hacia la

formacioacuten de reactivos Por lo expresado en el paacuterrafo anterior la concentracioacuten del aacutecido en el

equilibrio seraacute Ca y la concentracioacuten de la base conjugada en el equilibrio seraacute Cb Si

planteamos la constante de ionizacioacuten del aacutecido queda

[Aminus] [H3O+] Cb [H3O

+] Ka Ca

Ka = = [H3O+] =

[HA] Ca Cb

Aplicando menos el logaritmo en ambos teacuterminos para que quede PH

minuslog [H3O+] = minuslog Ka + (minuslog Ca Cb )

Siendo minuslog Ca Cb = log Cb Ca queda

pH = pKa + log Cb Ca

Esta ecuacioacuten se conoce como ecuacioacuten de Henderson ndash Hasselbalch o ecuacioacuten buffer Una solucioacuten con estas caracteriacutesticas tendraacute la capacidad de regular el pH Ante el agregado de iones hidronio eacutestos se neutralizaraacuten con la base Aminus su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute en la misma cantidad la concentracioacuten en el equilibrio de el aacutecido HA pero al ir a la ecuacioacuten de Henderson este efecto queda minimizado por el logaritmo y el pH variacutea en forma miacutenima o inapreciable Lo mismo sucede ante el agregado de iones hidroacutexido eacutestos se neutralizaraacuten con el aacutecido HA su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute algo la concentracioacuten en el equilibrio de la base Aminus

Podemos poner lo expresado en ecuaciones que nos indican coacutemo actuacutea

una solucioacuten reguladora para amortiguar el cambio de pH ante el agregado de un aacutecido fuerte o una base fuerte Debemos recordar que un aacutecido o una base fuertes se disocian totalmente y por lo tanto el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un aacutecido monoproacutetico es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidronio y el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un hidroxido de un metal alcalino es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidroacutexido

Si tenemos el buffer formado por el aacutecido deacutebil HA y su base conjugada Aminus y

agregamos una pequentildea cantidad de moles de un aacutecido fuerte monoproacutetico (la misma de moles de iones hidronio) se produce

A minus + H3O

+ HA + H2O

La base deacutebil Aminus neutraliza los iones hidronio y forma agua Como la cantidad de iones hidronio agregada es pequentildea y la cantidad de Aminus es grande el estado de

18

equilibrio estaacute casi totalmente desplazado hacia los productos y por lo tanto puede considerarse como una reaccioacuten completa

Si agregamos una pequentildea cantidad de base fuerte (equivalente a agregar iones hidroacutexido) se produce

HA + OH minus A

minus + H2O

El aacutecido deacutebil HA neutraliza los iones hidroacutexido y forma agua Por igual razoacuten

que en el caso anterior tambieacuten puede considerarse como reaccioacuten completa

El buffer actuacutea neutralizando los agregados de iones hidronio o

hidroacutexido y formando agua con lo cual minimiza el cambio de pH de la

solucioacuten Esta es la accioacuten reguladora de un buffer

Para poder tener una solucioacuten buffer partimos de una solucioacuten que contiene un

aacutecido y una base deacutebiles conjugados Esta es la primera condicioacuten para que la solucioacuten tenga poder regulador El buffer se puede formar poniendo un aacutecido deacutebil y su base conjugada como sal de un aacutecido fuerte por ejemplo aacutecido aceacutetico y acetato de sodio o poniendo una base deacutebil y su aacutecido conjugado como sal de una base fuerte por ejemplo amoniacuteaco y cloruro de amonio (recordaacute lo explicado en el tema anterior

relacioacuten entre Ka y Kb en un par aacutecido base conjugado con respecto a las sales)

La segunda condicioacuten para que la solucioacuten tenga buen poder regulador es que tanto el aacutecido como su base conjugada esteacuten en concentraciones grandes No

solamente para que sea vaacutelido el desprecio de las x sino porque Ca y Cb son la

ldquoreservardquo del buffer para neutralizar el agregado de aacutecido o base Si el buffer es muy diluido soportaraacute menos agregado de iones H3O

+ oacute OHminus y en el caso extremo de que este agregado consuma totalmente al aacutecido o su base conjugada el buffer se destruye y la solucioacuten pierde por completo su capacidad reguladora En los buffers de uso maacutes

frecuente Ca y Cb se hallan entre 005 M y 100 M Dentro de este rango es vaacutelido

utilizar la ecuacioacuten de Henderson Queda una tercera condicioacuten experimentalmente puede concluirse que cuanto

menor sea la diferencia entre Ca y Cb es decir cuanto maacutes cercana a 1 sea la relacioacuten

Cb Ca mejor es el poder regulador del buffer Si 01 lt Cb Ca lt 10 o sea que una

no es maacutes de 10 veces mayor que la otra el sistema tiene una capacidad reguladora aceptable Matemaacuteticamente si se cumple esta condicioacuten el pH no puede variar en

maacutes de una unidad con respecto al pKa del aacutecido deacutebil que forma el buffer

Utilizando la ecuacioacuten de Henderson

pH = pKa + log Cb Ca

Si Cb Ca = 01 como log 01 = ndash1 pH = pKa ndash 1

Si Cb Ca = 1 como log 1 = 0 pH = pKa

19

Si Cb Ca = 10 como log 10 = 1 pH = pKa + 1

Resumiendo deben cumplirse estas tres condiciones para que una solucioacuten

tenga buen poder regulador si alguna de estas tres condiciones no se cumple la capacidad reguladora de la solucioacuten se veraacute disminuida o seraacute nula

Las tres condiciones para que una solucioacuten tenga buen poder regulador son

1) La solucioacuten debe contener un aacutecido deacutebil y su base deacutebil conjugada

2) Ca y Cb deben ser suficientemente grandes usualmente entre 005 M y

100 M 3) La relacioacuten Cb Ca debe estar entre 01 y 10

Indicadores Muchas sustancias presentan diferentes colores de acuerdo con el pH en que se disuelven y se

utilizan como indicadores Muchos indicadores son aacutecidos o bases orgaacutenicas deacutebiles

El equilibrio de un indicador aacutecido (HIn) se describe de manera general como

HIn + H2O harr In- + H3O+

La disociacioacuten del indicador se acompantildea con cambios en la estructura

El ojo humano es poco sensible por lo que se ha determinado que para que se pueda apreciar

uncambio de color La relacioacuten del indicador en forma aacutecida y baacutesica debe ser mayor o igual a

10 es

decir

HInge 10

In-

HInle 10

In-

pH = pKa + log In-

HIn

pH= pKa + log 1

10

ΔpH= pKa +-1 ΔpH 2

De donde se deduce que el ojo humano aprecia cambios de color perfectamente cuando el

cambio

de pH es al menos de dos unidades

Algunos indicadores de pH importantes

Azul de timol 12-18 165 rojo-amarillo

Naranja de metilo 31-5 346 rojo-naranja

Azul de bromotimol 62-76 71 amarillo-azul

Fenolftaleiacutena 83-10 - incolora-rosa

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concentracioacuten del aacutecido (Ca) y el estado de equilibrio estaraacute desplazado hacia la

formacioacuten de reactivos Por lo expresado en el paacuterrafo anterior la concentracioacuten del aacutecido en el

equilibrio seraacute Ca y la concentracioacuten de la base conjugada en el equilibrio seraacute Cb Si

planteamos la constante de ionizacioacuten del aacutecido queda

[Aminus] [H3O+] Cb [H3O

+] Ka Ca

Ka = = [H3O+] =

[HA] Ca Cb

Aplicando menos el logaritmo en ambos teacuterminos para que quede PH

minuslog [H3O+] = minuslog Ka + (minuslog Ca Cb )

Siendo minuslog Ca Cb = log Cb Ca queda

pH = pKa + log Cb Ca

Esta ecuacioacuten se conoce como ecuacioacuten de Henderson ndash Hasselbalch o ecuacioacuten buffer Una solucioacuten con estas caracteriacutesticas tendraacute la capacidad de regular el pH Ante el agregado de iones hidronio eacutestos se neutralizaraacuten con la base Aminus su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute en la misma cantidad la concentracioacuten en el equilibrio de el aacutecido HA pero al ir a la ecuacioacuten de Henderson este efecto queda minimizado por el logaritmo y el pH variacutea en forma miacutenima o inapreciable Lo mismo sucede ante el agregado de iones hidroacutexido eacutestos se neutralizaraacuten con el aacutecido HA su concentracioacuten en el equilibrio disminuiraacute algo y aumentaraacute algo la concentracioacuten en el equilibrio de la base Aminus

Podemos poner lo expresado en ecuaciones que nos indican coacutemo actuacutea

una solucioacuten reguladora para amortiguar el cambio de pH ante el agregado de un aacutecido fuerte o una base fuerte Debemos recordar que un aacutecido o una base fuertes se disocian totalmente y por lo tanto el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un aacutecido monoproacutetico es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidronio y el agregado de una determinada concentracioacuten molar de un hidroxido de un metal alcalino es equivalente al agregado de la misma concentracioacuten molar de iones hidroacutexido

Si tenemos el buffer formado por el aacutecido deacutebil HA y su base conjugada Aminus y

agregamos una pequentildea cantidad de moles de un aacutecido fuerte monoproacutetico (la misma de moles de iones hidronio) se produce

A minus + H3O

+ HA + H2O

La base deacutebil Aminus neutraliza los iones hidronio y forma agua Como la cantidad de iones hidronio agregada es pequentildea y la cantidad de Aminus es grande el estado de

18

equilibrio estaacute casi totalmente desplazado hacia los productos y por lo tanto puede considerarse como una reaccioacuten completa

Si agregamos una pequentildea cantidad de base fuerte (equivalente a agregar iones hidroacutexido) se produce

HA + OH minus A

minus + H2O

El aacutecido deacutebil HA neutraliza los iones hidroacutexido y forma agua Por igual razoacuten

que en el caso anterior tambieacuten puede considerarse como reaccioacuten completa

El buffer actuacutea neutralizando los agregados de iones hidronio o

hidroacutexido y formando agua con lo cual minimiza el cambio de pH de la

solucioacuten Esta es la accioacuten reguladora de un buffer

Para poder tener una solucioacuten buffer partimos de una solucioacuten que contiene un

aacutecido y una base deacutebiles conjugados Esta es la primera condicioacuten para que la solucioacuten tenga poder regulador El buffer se puede formar poniendo un aacutecido deacutebil y su base conjugada como sal de un aacutecido fuerte por ejemplo aacutecido aceacutetico y acetato de sodio o poniendo una base deacutebil y su aacutecido conjugado como sal de una base fuerte por ejemplo amoniacuteaco y cloruro de amonio (recordaacute lo explicado en el tema anterior

relacioacuten entre Ka y Kb en un par aacutecido base conjugado con respecto a las sales)

La segunda condicioacuten para que la solucioacuten tenga buen poder regulador es que tanto el aacutecido como su base conjugada esteacuten en concentraciones grandes No

solamente para que sea vaacutelido el desprecio de las x sino porque Ca y Cb son la

ldquoreservardquo del buffer para neutralizar el agregado de aacutecido o base Si el buffer es muy diluido soportaraacute menos agregado de iones H3O

+ oacute OHminus y en el caso extremo de que este agregado consuma totalmente al aacutecido o su base conjugada el buffer se destruye y la solucioacuten pierde por completo su capacidad reguladora En los buffers de uso maacutes

frecuente Ca y Cb se hallan entre 005 M y 100 M Dentro de este rango es vaacutelido

utilizar la ecuacioacuten de Henderson Queda una tercera condicioacuten experimentalmente puede concluirse que cuanto

menor sea la diferencia entre Ca y Cb es decir cuanto maacutes cercana a 1 sea la relacioacuten

Cb Ca mejor es el poder regulador del buffer Si 01 lt Cb Ca lt 10 o sea que una

no es maacutes de 10 veces mayor que la otra el sistema tiene una capacidad reguladora aceptable Matemaacuteticamente si se cumple esta condicioacuten el pH no puede variar en

maacutes de una unidad con respecto al pKa del aacutecido deacutebil que forma el buffer

Utilizando la ecuacioacuten de Henderson

pH = pKa + log Cb Ca

Si Cb Ca = 01 como log 01 = ndash1 pH = pKa ndash 1

Si Cb Ca = 1 como log 1 = 0 pH = pKa

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Si Cb Ca = 10 como log 10 = 1 pH = pKa + 1

Resumiendo deben cumplirse estas tres condiciones para que una solucioacuten

tenga buen poder regulador si alguna de estas tres condiciones no se cumple la capacidad reguladora de la solucioacuten se veraacute disminuida o seraacute nula

Las tres condiciones para que una solucioacuten tenga buen poder regulador son

1) La solucioacuten debe contener un aacutecido deacutebil y su base deacutebil conjugada

2) Ca y Cb deben ser suficientemente grandes usualmente entre 005 M y

100 M 3) La relacioacuten Cb Ca debe estar entre 01 y 10

Indicadores Muchas sustancias presentan diferentes colores de acuerdo con el pH en que se disuelven y se

utilizan como indicadores Muchos indicadores son aacutecidos o bases orgaacutenicas deacutebiles

El equilibrio de un indicador aacutecido (HIn) se describe de manera general como

HIn + H2O harr In- + H3O+

La disociacioacuten del indicador se acompantildea con cambios en la estructura

El ojo humano es poco sensible por lo que se ha determinado que para que se pueda apreciar

uncambio de color La relacioacuten del indicador en forma aacutecida y baacutesica debe ser mayor o igual a

10 es

decir

HInge 10

In-

HInle 10

In-

pH = pKa + log In-

HIn

pH= pKa + log 1

10

ΔpH= pKa +-1 ΔpH 2

De donde se deduce que el ojo humano aprecia cambios de color perfectamente cuando el

cambio

de pH es al menos de dos unidades

Algunos indicadores de pH importantes

Azul de timol 12-18 165 rojo-amarillo

Naranja de metilo 31-5 346 rojo-naranja

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equilibrio estaacute casi totalmente desplazado hacia los productos y por lo tanto puede considerarse como una reaccioacuten completa

Si agregamos una pequentildea cantidad de base fuerte (equivalente a agregar iones hidroacutexido) se produce

HA + OH minus A

minus + H2O

El aacutecido deacutebil HA neutraliza los iones hidroacutexido y forma agua Por igual razoacuten

que en el caso anterior tambieacuten puede considerarse como reaccioacuten completa

El buffer actuacutea neutralizando los agregados de iones hidronio o

hidroacutexido y formando agua con lo cual minimiza el cambio de pH de la

solucioacuten Esta es la accioacuten reguladora de un buffer

Para poder tener una solucioacuten buffer partimos de una solucioacuten que contiene un

aacutecido y una base deacutebiles conjugados Esta es la primera condicioacuten para que la solucioacuten tenga poder regulador El buffer se puede formar poniendo un aacutecido deacutebil y su base conjugada como sal de un aacutecido fuerte por ejemplo aacutecido aceacutetico y acetato de sodio o poniendo una base deacutebil y su aacutecido conjugado como sal de una base fuerte por ejemplo amoniacuteaco y cloruro de amonio (recordaacute lo explicado en el tema anterior

relacioacuten entre Ka y Kb en un par aacutecido base conjugado con respecto a las sales)

La segunda condicioacuten para que la solucioacuten tenga buen poder regulador es que tanto el aacutecido como su base conjugada esteacuten en concentraciones grandes No

solamente para que sea vaacutelido el desprecio de las x sino porque Ca y Cb son la

ldquoreservardquo del buffer para neutralizar el agregado de aacutecido o base Si el buffer es muy diluido soportaraacute menos agregado de iones H3O

+ oacute OHminus y en el caso extremo de que este agregado consuma totalmente al aacutecido o su base conjugada el buffer se destruye y la solucioacuten pierde por completo su capacidad reguladora En los buffers de uso maacutes

frecuente Ca y Cb se hallan entre 005 M y 100 M Dentro de este rango es vaacutelido

utilizar la ecuacioacuten de Henderson Queda una tercera condicioacuten experimentalmente puede concluirse que cuanto

menor sea la diferencia entre Ca y Cb es decir cuanto maacutes cercana a 1 sea la relacioacuten

Cb Ca mejor es el poder regulador del buffer Si 01 lt Cb Ca lt 10 o sea que una

no es maacutes de 10 veces mayor que la otra el sistema tiene una capacidad reguladora aceptable Matemaacuteticamente si se cumple esta condicioacuten el pH no puede variar en

maacutes de una unidad con respecto al pKa del aacutecido deacutebil que forma el buffer

Utilizando la ecuacioacuten de Henderson

pH = pKa + log Cb Ca

Si Cb Ca = 01 como log 01 = ndash1 pH = pKa ndash 1

Si Cb Ca = 1 como log 1 = 0 pH = pKa

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Si Cb Ca = 10 como log 10 = 1 pH = pKa + 1

Resumiendo deben cumplirse estas tres condiciones para que una solucioacuten

tenga buen poder regulador si alguna de estas tres condiciones no se cumple la capacidad reguladora de la solucioacuten se veraacute disminuida o seraacute nula

Las tres condiciones para que una solucioacuten tenga buen poder regulador son

1) La solucioacuten debe contener un aacutecido deacutebil y su base deacutebil conjugada

2) Ca y Cb deben ser suficientemente grandes usualmente entre 005 M y

100 M 3) La relacioacuten Cb Ca debe estar entre 01 y 10

Indicadores Muchas sustancias presentan diferentes colores de acuerdo con el pH en que se disuelven y se

utilizan como indicadores Muchos indicadores son aacutecidos o bases orgaacutenicas deacutebiles

El equilibrio de un indicador aacutecido (HIn) se describe de manera general como

HIn + H2O harr In- + H3O+

La disociacioacuten del indicador se acompantildea con cambios en la estructura

El ojo humano es poco sensible por lo que se ha determinado que para que se pueda apreciar

uncambio de color La relacioacuten del indicador en forma aacutecida y baacutesica debe ser mayor o igual a

10 es

decir

HInge 10

In-

HInle 10

In-

pH = pKa + log In-

HIn

pH= pKa + log 1

10

ΔpH= pKa +-1 ΔpH 2

De donde se deduce que el ojo humano aprecia cambios de color perfectamente cuando el

cambio

de pH es al menos de dos unidades

Algunos indicadores de pH importantes

Azul de timol 12-18 165 rojo-amarillo

Naranja de metilo 31-5 346 rojo-naranja

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Si Cb Ca = 10 como log 10 = 1 pH = pKa + 1

Resumiendo deben cumplirse estas tres condiciones para que una solucioacuten

tenga buen poder regulador si alguna de estas tres condiciones no se cumple la capacidad reguladora de la solucioacuten se veraacute disminuida o seraacute nula

Las tres condiciones para que una solucioacuten tenga buen poder regulador son

1) La solucioacuten debe contener un aacutecido deacutebil y su base deacutebil conjugada

2) Ca y Cb deben ser suficientemente grandes usualmente entre 005 M y

100 M 3) La relacioacuten Cb Ca debe estar entre 01 y 10

Indicadores Muchas sustancias presentan diferentes colores de acuerdo con el pH en que se disuelven y se

utilizan como indicadores Muchos indicadores son aacutecidos o bases orgaacutenicas deacutebiles

El equilibrio de un indicador aacutecido (HIn) se describe de manera general como

HIn + H2O harr In- + H3O+

La disociacioacuten del indicador se acompantildea con cambios en la estructura

El ojo humano es poco sensible por lo que se ha determinado que para que se pueda apreciar

uncambio de color La relacioacuten del indicador en forma aacutecida y baacutesica debe ser mayor o igual a

10 es

decir

HInge 10

In-

HInle 10

In-

pH = pKa + log In-

HIn

pH= pKa + log 1

10

ΔpH= pKa +-1 ΔpH 2

De donde se deduce que el ojo humano aprecia cambios de color perfectamente cuando el

cambio

de pH es al menos de dos unidades

Algunos indicadores de pH importantes

Azul de timol 12-18 165 rojo-amarillo

Naranja de metilo 31-5 346 rojo-naranja

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