Apunte Equilibrio Ácido Base

Qumica Analtica General Tecnicatura Universitaria en Produccin de Medicamentos FIUNER

Tema: Equilibrio Qumico: cido Base Hidrlisis de Sales Soluciones Reguladoras

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Comenzaremos definiendo que son cidos y bases.- Sabemos de la vida diaria que

hay sustancias que utilizamos que son cidos como el vinagre, el agua gasificada, el jugo de

limn etc y cuales son bases: los detergentes, las pastillas anticida, el agua de cal, etc.

Segn Arrhenius cido es toda aquella sustancia que, en medio acuoso es capaz de

ceder iones hidrgeno ( H +) (tambin llamados Hidrogenin protn )y base es toda

sustancia que en medio acuoso es capaz de ceder iones hidroxilo (OH- ) (tambin llamado

Oxidrilo) ,lo que indicara que la reaccin cido base provoca la unin del in hidrgeno

con el in hidroxilo para formar agua.-

El modelo de Arrheinus, aunque muy til, es restrictivo, por cuanto se aplica

solamente en medio acuoso, pues se restringe a los iones H+ y OH- . Existen otras

reacciones importantes en disolventes distintos, como el etanol ( C2H5-OH ) o acetona

[(CH3)2-CO].-

Brnsted y Lowry definen cido como cualquier sustancia elctricamente neutra o

inica capaz de donar un protn, es decir que el lo mismo que Arrhenius, pero sin limitarlo

al medio acuoso y base es toda sustancia elctricamente neutra o inica capaz de aceptar un

protn.

HCl + H2O === H(H2O)+ + Cl- ( I )

cido 1 Base2 cido 2 Base1

Pueden ser especies neutras, o inicas: catin o anin:

H3PO4 (ac) + H2O (l) ==== H3O+

(ac) + H2PO4-(ac)

NH4+

(ac) + H2O (l) ==== H3O+

(ac)

NH3 (ac) + H2O (l) ==== NH4+

(ac) + OH-

(ac)

SO4-2

(ac) + H2O (l) ==== HSO4-

(ac) + OH-(ac)

Si observamos la ecuacin ( I ), el HCl es un cido porque es capaz de ceder un

hidrogenin, mientras que el agua es una base porque lo acepta.

Si analizamos la reaccin inversa, vemos que el in Cl- es una base porque acepta el

hidrogenin que entrega el hidronio H(H2O)+ que por lo tanto acta como cido.-



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Cuando un cido pierde el protn, sen convierte en la base de la reaccin inversa y

por ello a la base se la llama base conjugada y a la inversa, si el agua toma el protn

actuando como base el hidronio es su cido conjugado.-

De ah que Brnsted y Lowry hablen de par cido base conjugados HCl / Cl- y

H2O / H3O+

Existe una relacin entre la constante de un cido Ka y la constante de basicidad

(Kb ) de su conjugado, que nos indica que cuanto ms fuerte es un cido o una base, ms

dbil es su base o su cido conjugado y a la inversa, cuanto ms dbil es el cido o una

base, mas fuerte es su base o cido conjugado.

Si tengo un cido a que en agua se disocia

a + H2O ==== b + H(H2O)+ Ka = [ b ] x [H(H2O)

+ ]

[a ]

Si ahora lo que tengo es la base b conjugada en agua

b + H2O ==== a + OH- Kb = [a ] x [OH- ]

[b ]

Si multiplicamos Ka por Kb

Ka x Kb = [b] x [H(H2O)+] x [a ] x [OH-] = [H(H2O)

+] x [OH- ] = Kw

[a ] [b ]

Kw = Ka x Kb

Otro aspecto que es necesario sealar es que para que un cido pueda ceder un

protn, necesariamente debe estar en presencia de una base que lo tome.-

Como ejemplo podemos decir que, el agua pura, prcticamente, no conduce la

electricidad, pero que si le agregamos cido clorhdrico, se hace fuertemente conductora

porque el cido se disocia.

Mientras que si al benceno, que tampoco conduce la electricidad, le agregamos

cido clorhdrico, sigue sin conducir la electricidad.



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Esto es as porque en el primer caso el agua acta como base, ya que el oxgeno del

agua acepta el protn, mientras que en el benceno, no existe ningn tomo capaz de aceptar

el protn y por lo cual el cido no se disocia.-

Conclusin: una sustancia acta como cido siempre que est en presencia de otra

sustancia capaz de actuar como base, aceptando el protn.; y lo mismo una base solo acepta

un protn en presencia de otra sustancia que pueda cederlo

Por otra parte, si uno compara los cidos clorhdrico, ntrico y perclrico, ve que los

tres se disocian completamente en agua, por lo que son fuertes y tienen una fortaleza

comparable, pero si se lo coloca frente a otra base, que no tenga tanta avidez hacia el

protn, ( cido actico HAc que se transforma en acetonio H2Ac+) se encuentra que el cido

perclrico est mas disociado que el ntrico y que el clorhdrico, de lo que se desprende que

el cido perclrico es mas fuerte que el ntrico y que el clorhdrico.- Se dice entonces que el

agua es una base niveladora de la fuerza de dichos cidos y que la otra base es

diferenciadora de la fuerza relativa de los mismos.-

As comprobamos que la fuerza de un cido depende, adems, de la tendencia de de

la base a aceptar el protn.

El modelo visto, amplia mucho el concepto de cido base de Arrhenius, pero es

restringida en el aspecto que solo puede aplicarse a reacciones en las que hay transferencia

de protones . El modelo cido base, de Lewis elimina esta restriccin.-

Un cido de Lewis, es una especie que, en una reaccin cido base, acepta un par de

electrones, y una base de Lewis es la que cede un par de electrones.-

Desde el punto de vista estructural, el concepto de base de Lewis no difiere mucho

del concepto de Brnsted - Lowry. Para que una base acepte un protn debe tener un par de

electrones no compartidos, ejemplo el amonaco y el agua

H- N -H H- H

H

Cada una de estas sustancias, contienen un par de electrones no compartidos que se

utilizan para aceptar el protn y formar el amonio NH4+ y el hidronio H3O

+



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Por lo tanto el concepto de Lewis no significa un cambio en cuanto al nmero de

especies que se comportan como base, pero si modifica en mucho el nmero de especies

que pueden ser consideradas como cido al aceptar un par de electrones.-

Como ya lo hemos visto, estos ejemplos no se modifican

H+ (ac) + H2O(l) ----- H3O+

(ac)

cido base

H+ (ac) + NH3(ac) ------ NH4+ (ac)

cido base

Pero s para, por ejemplo el catin Zn+2

Zn+2 (ac) + 4 H2O(l) ------ Zn(H2O)4 +2 (ac) complejo tetraacuozinc(II)

cido base

Zn+2 (ac) + 4 NH3(ac) ------ Zn(NH3)4 +2

(ac) complejo tetraaminnozinc(II)

cido base

Por lo que vemos que los cationes de las sales, que se disocian, y que se unen al

agua, son cidos de Lewis

Otro tipo importante de cido de Lewis comprende las molculas con octeto

incompleto de electrones. Por ejemplo el trifloruro de boro que reacciona fcilmente con el

amonaco aceptando su par de electrones y unindose a travs del boro.-

F H

F - B :N H F H

AUTOPROTOLISIS DEL AGUA

El agua ya sea en el estado puro como disolvente en una disolucin, se disocia en

los iones hidrgeno e hidroxilo

H2O + H2O ==== H(H2O)+ + OH-



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Que podemos simplificar eliminando de cada lado un mol de agua

H2O(l) ==== H+ (ac) + OH- (ac)

Esta reaccin directa se va a producir hasta alcanzar el equilibrio. Al llegar al

equilibrio la fraccin de molculas de agua que se disocian es muy pequea.- Si aplicamos

la expresin de la constante de equilibrio

Kc = [H]+ x [OH]- = 1,86 x 10-16

[H2O ]

En las disoluciones acuosas las concentraciones del agua lquidas es muy alta por

tener un valor de 55,55 mol/L y es prcticamente constante.- Por ello se la considera

constante y la pasa al otro miembro quedando

Kc x [H2O] = 1,86 x 10-16 x 55,55 = [H+] x [OH-] = 1 x 10-14 = Kw

Como toda constante de equilibrio, solo depende de la temperatura, por lo que el

valor de Kw = 1 x 10-14 es a 25C.-

Este valor, extremadamente pequeo, nos indica que el nmero de molculas de agua

que se disocia, es muy bajo, ya que lo hace aproximadamente una cada 55,55 millones

de molculas.-

Sabiendo que Kw = [ H+ ] x [ OH-] = 1x10-14

Y que cuando se disocia una molcula de agua se obtiene un hidrogenin y un

hidroxilo, podemos calcular cual es la concentracin de ambos iones en el agua pura.-

Como la formacin de hidrogeniones e hidroxilo son iguales, podemos decir que:

[H+ ]2 = [OH-]2 = 1 x 10-14 [ H+ ] = [ OH- ] = 1x 10-7

Toda disolucin acuosa en que las concentraciones de hidrogenin sea igual a la

concentracin de hidroxilo, es una disolucin neutra.

Por otra parte, como el producto de las dos concentraciones es una constante Kw =

1 x 10-14 y como la constante depende solo de la temperatura, si esta es constante, dicho

valor es fijo.-



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Por ello si de alguna forma variamos la concentracin de hidrogenin, por ejemplo,

si la aumentamos, agregando un cido, la concentracin de hidroxilo debe modificarse en

sentido contrario, debe disminuir en igual proporcin.-

De la misma manera, si se conoce la concentracin de uno de ellos, el del otro se

puede determinar fcilmente, ya que;

Kw = [ H+ ] x [OH- ] Si conozco [H+], puedo calcular [OH-] = Kw / [H+]

CONCEPTO DE pH

Las concentraciones de H+ y de OH- son valores muy bajos y se utiliza la notacin

exponencial.- Por ello Sorensen sugiri utilizar el logaritmo negativo de...

y expresarlo con la letra minscula p.- As, el

log [H+] = pH y el - log [OH-] = pOH y - log Kw = pKw

Si le aplicamos el menos logaritmo a la igualdad

Kw = [ H+ ] x [ OH- ] = 1 x 10-14 nos queda

log Kw = (- log [H+ ] ) + ( - log [ OH- ] ) = - log 1 x 10-14

de donde pKw = pH + pOH = 14

De la misma manera podemos determinar, que para el agua pura donde las dos

concentraciones de hidrogenin y de hidroxilo son iguales a 1 x 10 7

Es por ello que pH = pOH = 7 es decir que para el equilibrio del agua el pH =

7

El pH se mide en una escala que va de 0 a 14 y por lo tanto el pOH tiene una escala

inversa, ya que va de 14 a 0.-

pH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

pOH 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0



7

Por ejemplo, si ahora al agua le agregamos un cido y llevamos su concentracin

por ejemplo a 1 x 10-3 tenemos que si

[H+ ] x [ OH-] = 1 x 10-14 si la [H+ ] = 1 x 10-3

ser [OH-] = 1 x 10-11 y el pH = 3 y el pOH = 11 siendo su suma 14

Tambin lo hubisemos podido calcular a partir de saber que

PH + pOH = 14 Si [H+] = 1 x 10-3 el pH = 3 y el pOH = 14 3 = 11

TRATAMIENTO GENERAL DE CIDOS Y BASES FUERTES

Cuando agregamos un cido fuerte al agua, el equilibrio

H2O (l) ==== H+ + OH- Kw = [ H+ ] x [ OH- ]

es alterado ya que al aumentar la concentracin de H+ debe disminuir la

concentracin de OH-

Ahora la

[H+] T = [ H+ ]agua + [H+] cido

Como el cido es fuerte est totalmente disociado y la [H+] cido = Ca y es mucho mayor

que la [H+] agua ; por ello se puede despreciar la concentracin de hidrogeniones que

vienen del agua comparados con los que aporta el cido.-(Recordar que siempre podemos

despreciar un trmino frente a otro cuando suma o resta. Nunca cuando multiplica o divide)

Si despreciamos ste valor nos encontramos que

[H+] T = Ca y por lo tanto pH = - log Ca

Ejemplo n 1- Cul es el pH de una solucin de cido clorhdrico 0,05 M?

Como [H+] T = [ H+ ]agua + [H+] cido



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y la [ H+ ]agua es menor a 1x 10-7 , es despreciable frente a la [H+] cido = Ca porque al

ser el cido fuerte est totalmente disociado en los iones Cl- e H+, por lo que

[H+] T = [H+] cido = Ca = 5 x 10-2 M

y por lo tanto pH = - log 5 x 10-2 = 1,3

Cuando la concentracin del cido es muy, pero muy baja , prxima a la

concentracin de hidrogeniones del equilibrio del agua, no podemos despreciar este valor.-

Sabemos que al disociarse una molcula de agua aparece un H+ y un OH- por lo que

siempre el nmero de H+ que proviene del agua ser igual al nmero de OH- que suministra

el agua.- Adems por ser el cido fuerte, totalmente disociado, [H+] acido = Ca . Entonces

si reemplazamos en la ecuacin

[H+] T = [ H+ ]agua + [H+] cido

[H+] T = [ OH- ] + Ca

Ahora bien, habamos visto que en el equilibrio del agua Kw = [ H+ ] x [OH-]

y que si se aumentaba la [H+] deba disminuir la [ OH-]

Si por agregar cido la [H+] se hace [H+] T el valor de [OH-] disminuir hasta

[OH-] = Kw/ [H+]T

Si reemplazamos en la anterior nos queda

[H+] T = [ OH- ] + Ca = Kw/ [H+]T + Ca

que agrupando trminos y ordenando nos queda:

[H+] T 2 Ca x [H+]T - Kw = 0

Ecuacin de segundo orden que se resuelve aplicando la resolvente.-

Ejemplo n 2- Cul es el pH de una solucin de cido clorhdrico 1 x 10-7 M?

Como [H+] T = [ H+ ]agua + [H+] cido



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y la [H+]agua en este caso, no es despreciable frente a la [H+] cido = Ca porque

son del mismo orden. Como vimos

[H+] T = [ OH- ]agua + Ca = Kw/ [H+]T + Ca

[H+] T 2 Ca x [H+]T - Kw = 0

aplicando la resolvente X = -b +- [ b2 - 4 x a x c]1/2

2 x a

[H+] T = - Ca + [ Ca2 4 x 1 x 1 x 10-4 ]1/2 = 1 x 10-7 +[ ( 1 x 10-7 )2 4 x 1 x 10-14]1/2

2 x 1 2

[H+] T = 1,618 x 10-7

Lo mismo ocurre cuando disolvemos una base fuerte en agua. Las bases fuertes son

las que se obtienen con los elementos del grupo I (Li - Na K Rb - Cs) y las del grupo II ( Mg Ca Sr Ba)

Cuando agregamos una base fuerte al agua, el equilibrio

H2O (l) ==== H+ + OH - Kw = [ H+] x [OH- ]

es alterado ya que al aumentar la concentracin de OH- debe disminuir la

concentracin de H+

Ahora la

[OH-] T = [ OH- ]agua + [OH-] base

Como la base es fuerte, est totalmente disociado y la [OH-] base = Cb y es mucho

mayor que la [OH-] agua ; por ello se puede despreciar la concentracin de hidroxilos que

vienen del agua comparados con los que aporta la base.-

Entonces, si despreciamos ste valor nos encontramos que:



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[OH-] T = Cb y por lo tanto pOH = - log Cb

Ejemplo n 3: Cual es el pH de una solucin obtenida disolviendo 0,2 g de

hidrxido de potasio en 500 ml de solucin?

Cb = mol/ L = g/PM/L = 0,2 g/ 56 g/mol / 0,5 L = 7,14 x 10-3 M

Como es una base fuerte y se disocia totalmente, la Cb = [OH-] = 7,14 x 10-3

pOH = 2,15 y por lo tanto el pH = 11,85

De la misma manera que vimos para los cidos, cuando la concentracin de la base

es muy baja , prxima a la concentracin de oxidrilos del equilibrio del agua, no podemos

despreciar este valor.-

Recordemos que al disociarse una molcula de agua aparece un H+ y un OH- por lo

que siempre el nmero de H+ que proviene del agua ser igual al nmero de OH- que

suministra el agua.- Adems por ser la base fuerte, esta totalmente disociado y por ello ,

[OH-] base = Cb . Entonces si reemplazamos en la ecuacin

[OH-] T = [ OH- ]agua + [OH-] base

[OH-] T = [ H+ ] agua + Cb

Ahora bien, habamos visto que en el equilibrio del agua Kw = [ H+ ] x [OH-]

y que si se aumentaba una de las concentraciones debe disminuir en igual proporcin la

concentracin de la otra, porque su producto debe ser igual al valor de Kw = 1 x 10-14

Si por agregar la base, la [OH-] se hace igual a [OH-] T el valor de [H+] disminuir

hasta

[H+] = Kw/ [OH-]T

Si reemplazamos en la anterior nos queda

[OH-] T = [ H+ ] + Cb = Kw/ [OH-]T + Cb

que ordenando nos queda la ecuacin que se resuelve con la resolvente por ser de

segundo grado

[OH-] T 2 Cb x [OH-]T - Kw = 0



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TRATAMIENTO GENERAL DE CIDOS Y BASES DBILES

Distinto es el caso de cidos y bases dbiles porque al agregrselo al agua se

disocian parcialmente.-

Si agregamos un cido dbil que simbolizamos con HA al agua se establece el

siguiente equilibrio

HA + H2O ===== A- + H(H2O)

+ Kdis = [A-] x [H(H2O)+ ]

[HA ] x [ H2O ]

Ka = Kdis x [ H2O ] = [A-] x [H(H2O)

+ ]

[HA ]

que podemos simplificar no colocando las moles de agua, pero recordando que el

equilibrio se produce en medio acuoso

HA (ac) ===== A- + H+ cuya constante de equilibrio es

Ka == [A-] x [H+ ]

[HA ]

Si tenemos una solucin de un cido dbil de concentracin Ca y sabemos que por

ser dbil se disocia muy parcialmente, podemos decir que solo se disocia una fraccin X de

la concentracin total y que como al disociarse una mol del cido HA se forma un mol de

A- y una mol de H+, tenemos X moles de cada uno de ellos en el equilibrio.

HA (ac) ===== A- + H+

Ca X X X y si reemplazamos en la expresin de Ka

nos queda:

Ka = X x X

Ca - X

Si conocemos Ka y la concentracin de la solucin, podemos calcular X y donde X

es el valor de la concentracin de H+.. Con este valor calculamos el pH.

Los valores de las constantes de equilibrio se conocen para la mayora de los cidos

y bases dbiles y si no se conocen, sabiendo el pH de la solucin se puede calcular el valor

de ella.- Recuerden que las constantes de equilibrios estn tabuladas a una temperatura

dada.-



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Ejemplo n 4: Cual es el pH de una solucin 0,1 M de cido actico si Ka = 1,8 x

10-5 ?

HAc ====== Ac- + H+ Ka == [A-] x [H+ ]

0,1 - X X X [HA ]

Ka = X x X = X2 = 1,8 x 10-5

Ca - X Ca -X

Como el valor de la constante de equilibrio es muy chica, nos indica que cuando se

alcanza el equilibrio, la reaccin est muy desplazada hacia la izquierda. Esto nos permite

deducir que el valor de X es despreciable frente a Ca.-

Lo que se hace es despreciar, como se dijo X frente a Ca y una vez calculado el

valor de X determinar si el error cometido es menor al 5%

X2 = Ka x Ca = 1,8 x 10-5 x 0,1 = 1,8 x 10-6

de donde X = [H+] = 1,34 x 10-3 y pH = 2,87

Comprobacin del error:

Ca = 0,1 M -------------- 100%

X = 1,34 x 10-3 M ------ y= 1,34 %

Al ser el error menor del 5%, se hizo bien en despreciar

Si fuera una base dbil la agregada, el razonamiento es el mismo. Al aadir una base

BOH al agua se establece el siguiente equilibrio

BOH + H2O ===== B(H2O)+ + OH- Kdis = [B(H2O)

+] x [OH- ]

[BOH ] x [ H2O ]

Kb = Kdis x [ H2O ] = [B+] x [OH- ]

[BOH ]

que podemos simplificar no colocando las moles de agua, pero recordando que el

equilibrio se produce en medio acuoso

BOH ===== B+ + OH- Kb = [B+] x [OH- ]

[BOH ]

HA (ac) ===== A- + H+ cuya constante de equilibrio es



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Ka == [A-] x [H+ ]

[HA ]

Si ahora tenemos una solucin de una base dbil de concentracin Cb y que se

disocia parcialmente una cierta cantidad X, al alcanzar el equilibrio tendremos.

BOH (ac) ===== B+ + OH-

Cb X X X y si reemplazamos en la expresin de Kb

nos queda:

Kb = X x X

Cb - X

Donde X es la concentracin de OH- y con el podemos calcular el pOH y

posteriormente el pH

ACIDOS POLIPRTICOS

Los cidos vistos hasta ahora, son cidos que pueden ceder un solo protn [H+] por

molcula de cido, an cuando a veces poseen ms de un tomo de H en su molcula.-

Estos cidos ya sea fuertes como dbiles, son conocidos como cidos monoprticos.-

Sin embargo , existen muchos cidos capaces de donar ms de un protn en

reacciones cido-base , de ah que su nombre sea cidos poliprticos.- Si son capaces de

donar dos protones, son diprticos y si pueden donar tres protones, son triproticos y as

sucesivamente.

Los cidos sulfricos (H2SO4) , sulfhdrico ( SH2) y carbnico (H2CO3) son

diprticos comunes, mientras que el cido fosfrico (H3PO4), y el ctrico (C6H8O7), son

triprticos.-

a) Caso del cido sulfrico:

El cido sulfrico es un caso diferente a los dems, por ser un cido diprtico donde

es un cido fuerte en su primera ionizacin y un cido dbil en la segunda.-

La ionizacin es completa en la primera etapa la que significa que como cido sin

disociar, su concentracin es 0,00 M



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H2SO4 === H+ + HSO4

-

Conc inicial 0,5 --- ----

Conc equil ---- 0,5 0,5

Esto quiere decir que en medio acuoso, no se encuentra el cido sulfrico molecular

sino que todo est disociado en H+ y HSO4- . Esto es porque es un cido fuerte.- Si uno

prepara una solucin acuosa 0,5 M de cido sulfrico, tendr en realidad una solucin que

es 0,5 M en H+ y 0,5 M en HSO4- y 0 M en H2SO4.-

Despus, para la segunda ionizacin, tendremos una solucin que es 0,5 M en

HSO4- que se comporta como un cido dbil y en presencia de 0,5 M en H+.-

HSO4 - === H

+ + SO4-2

Conc inicial 0,5 0,5 ----

Conc equil 0,5 - X 0,5 + X X

Si se comporta como un cido dbil, tendr una constante de ionizacin Ka = 1,1 x

10-2, por lo tanto

Ka = [H+] x [SO4-2] = [0,5 + X] x [X] = 1,1 x 10-2

[HSO4 -] [0,5 - X]

Que resolviendo, encontramos que X = 0,011 y por lo tanto las concentraciones

finales de los iones presentes sern

[H+] = 0,5 + X = 0,5 + 0,011 = 0,511 M [SO4-2]

[HSO4 -] = 0,5 X = 0,5 0,011 = 0, 489 M

[SO4-2] = X = 0,011 M

b) Caso del cido carbnico:

En el caso de un cido diprtico, donde ambos protones se comportan como cido

dbiles, es decir tiene dos constantes de ionizacin, siempre la primera constante es mayor

que la segunda, ya que liberado el primer protn, la carga negativa del in bicarbonato,

hace ms difcil liberar otra carga positiva (del protn).-



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Si tuviramos una solucin acuosa de cido carbnico de una concentracin 0,5 M,

tendramos para el primer equilibrio

H2CO3(ac) + H2O(l) === HCO3-

(ac) + H3O+

(ac) Ka1 = [HCO3-] x [H3O

+] = 1,5 x 10-4

0,5 - X X X [H2CO3]

Ka = X x X Si despreciamos X frente a 0,5 nos queda que:

0,5 - X

X = ( Ka x 0,5)1/2 y por lo tanto X = [HCO3-] = [H3O

+] = 8,66 x 10-3

Ahora para el segundo equilibrio de ionizacin, sabemos que las concentraciones

iniciales son: de [HCO3-] = [H3O

+] = 8,66 x 10-3 , por lo que cuando se disocia una

cantidad, que llamaremos Y, nos quedar en el equilibrio de ionizacin

HCO3-(ac)

+ H2O(l) === CO3

-2(ac) + H3O

+(ac)

8,66 x 10-3- Y Y 8,66 x 10-3 + Y

Ka2 = [CO3-2] x [H3O

+] = 4,7 x 10-11

[HCO3-]

Ka2 = [Y] x [8,66 x 10-3 + Y ] = 4,7 x 10-11

[8,66 x 10-3 - Y ]

Debemos calcular Y, para lo cual tanto en el numerador como en el denominador,

despreciamos Y frente a 8,66 x 10-3 tanto donde suma como resta ( recordar que podemos

despreciar un trmino frente a otro, solo cuando suma o resta). Por lo tanto, nos queda que

Y = 4,7 x 10 -11

y la concentracin total de [H+] = [H3O+] = 8,66 x 10-3 + 4,7 x 10-11 = 8,66 x 10-3. De

igual manera [HCO3-] = 8,66 x 10-3 - Y = 8,66 x 10-3 - 4,7 x 10-11 = 8,66 x 10-3

[CO3-2] = Y = 4,7 x 10-11

es decir que la ionizacin del segundo protn, prcticamente no aporta H+



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HIDRLISIS DE SALES

Como sabemos siempre que hacemos reaccionar un cido con una base da sal mas

agua.

Cuando, tanto el cido como la base son fuertes, las sales que se obtienen son sales

neutras, es decir sales que en medio acuoso tienen pH prcticamente igual a 7.-

Recordemos que siempre la constante del cido por la constante de su base

conjugada es igual a Kw. ( Ka x Kb = Kw.) . Si el cido es fuerte, Ka es muy alto,

supongamos igual a 1 x 10 +3 por lo tanto su base conjugada ser extremadamente dbil ( 1

x 10-17 ) y lo mismo con las bases fuerte, sus cidos conjugados son muy pero muy dbiles

y por ello sus iones no tienen posibilidad de unirse al agua produciendo la reaccin inversa.

Pero existen ciertas sales que aparentemente no pueden liberar hidrogeniones (H+)

ni hidroxilos ( OH- ) , sin embargo disueltas en agua, las disoluciones no son neutras, sino

que presentan carcter cido o bsico.-

Por ejemplo las soluciones de carbonato de sodio son bsicas, aunque la frmula del

Na2CO3 , no indica a priori la razn por la cual aumenta la concentracin de iones

hidroxilos.

Del mismo modo las soluciones de sulfato de aluminio Al2(SO4)3 , son cidas pese a

que no hay elementos que indique que puede liberar iones hidrgenos.-

Estos fenmeno se debe a lo que se conoce como hidrlisis .-

La hidrlisis, es la reaccin de la sal con el agua para volver a formar el cido o la base que

le dieron origen.-

A- + B+ + H2O ==== HA + BOH

sal agua cido base

Se produce hidrlisis, cuando la reaccin cido base se efecta de la siguientes

maneras:

a- Sales formadas por cidos dbiles y base fuerte. b- Sales formadas por cido fuerte y base dbil. c- Sales formadas con cidos y bases dbiles



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Hay que tener presente que las sales, en los tres casos de hidrlisis , estn en dilucin

parcialmente hidrolizadas y se encuentran totalmente disociadas.-

a- Sal de cido dbil con base fuerte

En ste caso, si la sal AB al disolverla en agua, parte de ella se hidroliza segn

A- + B+ + H2O ==== HA + B+ + OH-

Recordemos nuevamente, que B+ proviene de la base fuerte , que se disocia

totalmente y por ello es extremadamente dbil como cido conjugado y no participa del

ms del equilibrio, mientras que A- al venir de un cido dbil, si puede unirse al H+ del

agua.-

La disociacin de AB es completa, por lo que la concentracin de [B+] antes y despus de

la hidrlisis, es la misma en el seno de la disolucin, por lo que , la ecuacin anterior puede

escribirse de la siguiente forma:

A- + H2O ==== HA + OH-

Cuya constante de la reaccin de hidrlisis, ser

Kh = [ HA ] x [ OH- ]

[A- ]

Puesto que el cido regenerado es dbil, por pequea que sea su disociacin

HA ==== H+ + A- su constante de equilibrio ser

Ka == [A-] x [H+ ]

[HA ]

y si hacemos el producto de ambas constantes, la de hidrlisis y la del cido

Kh x Ka = [ HA ] x [ OH- ] x [A-] x [H+ ] = Kw

[ A- ] [HA ]

Kh = (Kb) = Kw / Ka

Ejemplo n 5 : Cul es el pH de una solucin de acetato de sodio 0,01 M si la

constante del cido actico es Ka = 1,8 x 10 -5 ?



18

El Acetato ( Ac-) es la base conjugada del cido actico (HAc) y su constante es

Kh = Kw / Ka = ( Kb) = 1 x 10 -14 = 5,556 x 10 -10

1,8 x 10-5

Ac- + H2O ==== HAc + OH- Kb=Kh= [HAc ] [OH-]

Cs - X X X [Ac-]

Si reemplazamos los valores de las concentraciones en funcin de X, tendremos:

Kh = [ X ] x [ X ] = [X ] 2 = 5,556 x 10-10

[Cs - X ] [ Cs - X ]

Como el valor de la constante Kh es muy bajo, nos est indicando que la hidrlisis

es muy pequea, por lo que podemos despreciar X comparado con Cs.-(Recuerde que solo

podemos despreciar un trmino frente a otro solo cuando suma o resta, nunca cuando

multiplica o divide).- Nos queda entonces, sabiendo que la concentracin de la sal es Cs =

0,01 M

Kh = [ X ] x [ X ] = [X ] 2 = 5,556 x 10-10

[Cs ] [ 0,01 ]

[X ] 2 = 5,556 x 10 -12 por lo que X= 2,36 x 10 -6

pero X = [OH-] = 2,36 x 10-6 por lo que el pOH = - log [OH-] = 5,63

y el pH ser, sabiendo que pH + POH = 14

pH = 14 - 5,63 = 8,37

b- Sal de cido fuerte y base dbil.

En ste caso, si la sal est disociada en disolucin diluida, se puede escribir:

A- + B+ + H2O ===== BOH + A- + H +

En ste caso A- , proviene del cido fuerte , que se disocia totalmente y por ello es

extremadamente dbil como base conjugada y no participa del ms del equilibrio, mientras

que B+ al venir de una base dbil, si puede unirse al OH- del agua.-



19

La disociacin de AB es completa, por lo que la concentracin de [ A- ] antes y

despus de la hidrlisis, es la misma en el seno de la disolucin, por lo que , la ecuacin

anterior puede escribirse de la siguiente forma:

B+ + H2O ===== BOH + H +


Kh = [ BOH ] x [H+ ]

[B+ ]

Puesto que la base regenerada es dbil, por pequea que sea su disociacin

BOH ==== OH- + B+ su constante de equilibrio ser

Kb = [B+] x [OH- ]

[BOH]

y si hacemos el producto de ambas constantes, la de hidrlisis y la de la base

Kh x Kb = [ BOH ] x [ H+ ] x [B+] x [OH- ] = Kw

[ B+ ] [BOH ]

Kh = (Ka) = Kw / Kb

Un ejemplo es la disolucin de cloruro de amonio, que provienen del cido fuerte

HCl y la base dbil NH4OH

Cl- + NH4+ + H2O ==== Cl

- + NH4OH + H+

Donde el in cloruro por provenir de un cido fuerte (disocia totalmente) es la base

conjugada del cido clorhdrico y es extremadamente dbil Kb = Kw/Ka y no participa ms

del equilibrio, por lo que su concentracin es la misma al principio que al final. Podemos

escribir entonces la reaccin como

NH4+ + H2O ==== NH4OH + H

+


Kh = [ NH4OH ] x [H+ ]

[NH4 + ]

Puesto que la base regenerada es dbil, por pequea que sea su disociacin



20

NH4OH ==== OH- + NH4

+ su constante de equilibrio ser

Kb = [NH4+] x [OH- ]

[NH4OH]

Kh x Kb = [NH4OH ] x [ H+

] x [NH4 +] x [OH- ] = Kw

[NH4 + ] [NH4OH ]

Kh = (Ka) = Kw / Kb

Ejemplo n 6 : Cul es el pH de una solucin de cloruro de amonio 0,02 M si la

constante del hidrxido de amonio ( amonaco) es Kb = 1,8 x 10 -5 ?

El in amonio ( NH4+) es el cido conjugado de la base dbil hidrxido de amonio

(NH4OH ) y su constante es

Kh = Kw / Kb = ( Ka) = 1 x 10 -14 = 5,556 x 10 -10

1,8 x 10-5

NH4+ + H2O ==== NH4OH + H

+ Ka = Kh= [NH4OH ] [H+]

Cs - X X X [NH4+]

Si reemplazamos los valores de las concentraciones en funcin de X, tendremos:

Kh = [ X ] x [ X ] = [X ] 2 = 5,556 x 10-10

[Cs - X ] [ Cs - X ]

Como el valor de la constante Kh es muy bajo, nos est indicando que la hidrlisis

es muy pequea, por lo que podemos despreciar X comparado con Cs.- Nos queda

entonces, sabiendo que la concentracin de la sal es Cs = 0,02 M

Kh = [ X ] x [ X ] = [X ] 2 = 2,78 x 10-10

[Cs ] [ 0,02 ]

[X ] 2 = 2,78 x 10 -12 por lo que X= 1,67 x 10 -6

pero X = [H+] = 2,36 x 10-6 por lo que el pH = - log [H+] = 5,78

c- Sal de cidos y bases dbiles

En ste caso, que la sal es del tipo AB como lo es, el acetato de amonio CH3-CO-

ONH4



21

A- + B+ + H2O ===== HA + BOH

Vemos que la sal AB se hidroliza muy poco, pero todo lo hidrolizado est disociado

como A- y B+ . Por provenir ambos de cido y base dbiles, se hidrolizan en presencia

de agua.-

La reaccin anterior y el medio que resulte, depender de la fuerza relativas del

cido y de la base dbiles , que constituyentes la sal.-

Si planteamos la constante de equilibrio para la hidrlisis de la sal y las constantes

correspondientes a la disociacin del cido y de la base dbiles que dieron origen a la sal,

tenemos:

Kh = . [HA ] x [BOH ]

[A- ] x [ B+ ]

Ka = [ A- ] x [H+ ]

[ HA ]

Kb = [B+ ] x [OH- ]

[BOH ]

y si multiplicamos las tres constantes planteadas

Kh x Ka x Kb =.[HA] x [BOH] x [A-]x[H+ ] x [B+] x [OH-] = Kw

[A-] x [B+] [HA] [BOH]

o sea que Kh x Ka x Kb = Kw

y por lo tanto Kh = Kw .

Ka x Kb

Cuyo valor depender del valor relativo de Ka en relacin a Kb.-

Si Ka es mayor que Kb, la solucin de sa sal ser dbilmente cida.-

Si Ka = Kb la solucin de la sal ser neutra y

Si Ka es menor a Kb la solucin de la sal ser dbilmente alcalina.-



22

SOLUCIONES REGULADORAS

Las soluciones reguladoras, son aquellas soluciones que resisten el cambio de pH,

ya sea por dilucin o por el agregado de un cido o una base.-

Estas son soluciones diluidas, constituidas por un cido dbil con su sal con base

fuerte. Por ejemplo cido actico CH3-COOH con acetato de sodio CH3-COONa

Tambin las soluciones diluidas formadas por una base dbil con su sal con cido

fuerte . Ejemplo: disolucin acuosa de amonaco disuelto NH4OH con cloruro de amonio

NH4Cl.-

Se define capacidad reguladora, a los moles de cido que se deben agregar o

extraer ( aadiendo una base) a un litro de solucin, para que el pH vare en una unidad.-

El mecanismo como funciona un regulador se interpreta analizando como son los

equilibrios del cido dbil y de la sal en forma independiente.-

Si tengo un cido dbil en solucin acuosa, est muy poco disociado ya que su

constante es muy baja. Supngase que sea 1 x 10-5

HA ====== A- + H+ Ka == [A-] x [H+ ] = 1 x 10-5

[HA ]

Este valor nos est indicando que el equilibrio se alcanza, cuando est la mayor

parte del cido sin disociar.-

Analizando ahora el equilibrio acuoso de la sal

A- + H2O ===== HA + OH- cuya constante es, como vimos que siempre

Ka x Kb = Kw despejando tendremos que Kb = Kw / Ka = 1 x 10-9

El valor de esta constante, tambin nos indica que cuando se alcanza el equilibrio en

solucin acuosa, la reaccin est prcticamente desplazada hacia la izquierda.-

Esto es cuando estn separados.- Que pasa cuando tenemos ambos en solucin en

forma conjunta?

Ahora agregamos A- a la solucin de HA.-

Por el principio de Le Chatelier visto en equilibrio Qumico, sabemos que si

aumentamos la concentracin de alguna de las especie en equilibrio, este reacciona en el

sentido de anular la fuerza que lo alter.- Por ello en el primer equilibrio, al agregar A-

desplaza la reaccin ms hacia la izquierda, lo que hace que la concentracin de HA sea

igual a la Ca de la solucin reguladora. Entonces [HA ] = Ca



23

Del mismo modo el segundo equilibrio, de por si desplazado a la izquierda, al

aumentar la concentracin de HA por estar junto el cido y la sal, desplaza an ms el

equilibrio hacia el mismo lado, por lo que se considera que [A-] = Cs

Si se reemplaza en la expresin de la constante del cido, [HA ] = Ca y

[A-] = Cs nos queda:

Ka == Cs x [H+ ] que reordenando

Ca

[H+ ] = Ka x Ca que permite calcular el pH de la solucin

Cs

reguladora.-

Cabe indicar, que al estar junto el cido HA y el anin de la sal A- , al agregarle a

esta solucin reguladora un cido, reacciona con el anin formando ms HA y cuando se le

agrega una base, el que reacciona es el cido HA formndose ms sal A-.-

Ejemplo n 7: Un regulador se prepara aadiendo 25 mL de solucin 0,1 M de

acetato de sodio, a 50 mL de cido actico 0,1 M (Ka = 1,8 x 10-5 )a) Cul es el pH de ste

regulador, b) Cul es el pH si a ste regulador se le agrega 10 mL de HCl 0,1 M y c) cual es

el pH si en vez de cido se le agrega 10 ml de NaOH 0,1 M ?

a) Como es un regulador de un cido con su sal de base fuerte

[H+ ] = Ka x Ca

Cs

Ca= Va (mL) x Ma (mol/L) Cs = Vs (mL) x Ms (mol/L)

(Va + Vs) ( mL) (Va + Vs) ( mL)

Esto es debido a que al mezclar las dos soluciones, el volumen final vara y con ello

las dos concentraciones

Ca= 50 (mL) x 0,1 (mol/L) = 6,66 x 10-2 Cs = 25 (mL) x 0,1 (mol/L) = 3,33 x 10-2 (50

+ 25) ( mL) (50 + 25) ( mL)

Reemplazando Ka y stos dos valores, tenemos:

[H+ ] = Ka x Ca = 1,8 x 10-5 x 6,66 x 10-2 = 3,6 x 10-5

Cs 3,33 x 10-2

pH = 4,44



24

b) Al agregar un cido, y sabiendo que el regulador esta constituido por

10 mmol de HA

y 5 mmol de NaA + 1 mmol de HCl

el cido reacciona con la sal, formando 1 mmol ms de HA y consumiendo una mmol de

sal, por lo que nos queda, (10 + 1) = 11 mmol de cido dbil

( 5 1) = 4 mmol de sal; por lo que ahora el equilibrio

[H+ ] = Ka x Ca = 1,8 x 10-5 x 11 mmol/ 85 mL = 4,95 x 10-5

Cs 4 mmol/ 85 mL

pH = 4,31

c) Al agregar un base, y sabiendo que el regulador esta constituido por

10 mmol de HA

y 5 mmol de NaA + 1 mmol de NaOH

la base reacciona con el cido, formando 1 mmol ms de NaA y consumiendo una

mmol de cido, por lo que nos queda, (10 - 1) = 9 mmol de cido dbil

( 5 + 1) = 6 mmol de sal; por lo que ahora el equilibrio

[H+ ] = Ka x Ca = 1,8 x 10-5 x 9 mmol/ 85 mL = 2,7 x 10-5

Cs 6 mmol/ 85 mL

pH = 4,57

Haciendo el mismo razonamiento cuando se tiene una base dbil con su sal de cido

fuerte, la concentracin de hidroxilos, al alcanzar el equilibrio es:

[OH-] = Kb x Cb

Cs que permite calcular el pOH de

la solucin reguladora y con l el pH.



25

En ste caso, al estar junto la base BOH y el catin de la sal B+ , al agregarle a esta

solucin reguladora un cido, reacciona con la base formando ms sal B+ y cuando se le

agrega una base, el que reacciona es la sal B+ formndose ms base BOH.-

Ejemplo n 8 : Un regulador se prepara mezclando volmenes iguales de amonaco

(NH3) 0,2 M (Kb = 1,8 x 10-5) y cloruro de amonio (NH4Cl)0,25 M.- a) cual es el pH de

este regulador y b) cual es su pH si se le agrega a 100 mL de regulador, 10 mL de cido

ntrico 0,1 M ?.-

Si tengo 100 mL de un regulador formado por volmenes iguales de base y su sal,

quiere decir que hay 50 ml de amonaco ( recuerde que amonaco en agua es hidrxido de

amonio NH4OH) y 50 mL de cloruro de amonio.-

Entonces inicialmente tengo 50 mL NH4OH 0,2 M = 10 mmol de NH4OH y

50 mL de NH4Cl 0,25 M =12,5 mmol de NH4Cl

[OH-] = Kb x Cb = 1,8 x 10-5 x 10 mmol/ 100 ml = 1,44 x 10-5

Cs 12,5 mmol/ 100 mL

pOH = 4,84 y el pH = 9,16

b) Al agregar un cido fuerte, como es el ntrico, al regulador formado por: 10 mmol de

base dbil y 12,5 mmol de su sal , el que reacciona es la base, consumiendo el mismo

nmero de milimoles de cido fuerte agregado y produciendo el mismo nmero de

milimoles mas de sal, es decir que despus de agregar el cido, tendremos

Cb = 10 mmol de base que haba, menos 1 mmol de cido agregado = 9 mmol de base

Cs = 12,5 mmol de sal que haba ms una mmol de sal formada = 13,5 mmol de sal

[OH-] = Kb x Cb = 1,8 x 10-5 x 9 mmol/ 110 ml = 1,20 x 10-5

Cs 13,5 mmol/ 110 mL

pOH = 4,92 y el pH = 9,08

Cuando, como en stos casos, hay cocientes de concentraciones, es lo mismo

trabajar con molaridad que con moles, pues se observa que en ambas expresiones de la

concentracin, esta dividido por 110 mL, lo que permite simplificarlos y tener directamente

nmero de moles.-

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Apunte Equilibrio Ácido Base