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Páginas: 9 (2014 palabras)
Publicado: 18 de marzo de 2015
EQUILIBRIOS EN SOLUCION ACUOSA Y VOLUMETRIA ACIDO-BASE
Acidos polipróticos
A un ácido que libera únicamente un protón se le llama ácido monoprótico. El ácido carbónico, H2CO3, libera dos iones hidrógeno y se le llama ácido diprótico; el H3PO4 (ácido fosfórico) es un ácido triprótico, etc. En general, a los ácidos que liberan dos o más protones se les llama ácidos polipróticos. El ácidofosfórico y algunos aminoácidos son ácidos polipróticos importantes. Los fosfatos participan como amortiguadores en los fluidos corporales de los sistemas vivientes y los aminoácidos son las unidades estructurales de las proteínas.
Como puede esperarse, los cálculos del equilibrio relacionados con los ácidos polipróticos son más complejos que los de los ácidos monopróticos. No obstante, en algunoscasos se pueden hacer suposiciones razonables que permiten hacer una buena aproximación del pH de las soluciones de estos ácidos y sus sales.
La solución de un ácido hipotético H2B en realidad contiene dos ácidos, H2B y HB-. Las reacciones de disociación y las constantes de equilibrio son:
H+ HB-
H2B HB- + H+ Ka1 = --------------
H2B
H+ B2-
HB- B2- + H+ Ka2 = --------------
HB-
pH de una solución de NaHB
Examinemos el problema del cálculo de pH de una solución 0,10 M de la sal NaBH. La solución contiene seis especies: H+, OH-, Na+, H2B, HB- y B2-. Para encontrar las concentraciones de estas especies necesitamos entonces seis ecuaciones independientes. Estas son las de Ka1, Ka2, Kw, la ecuación de balance de carga,
Na+ +H+ = OH- + HB- + 2 B2- (1)
NOTA: El balance de cargas, se puede obtener de la condición de electroneutralidad: donde la concentración total de cargas positivas debe ser igual a la concentración total de cargas negativas (los iones con carga ± 2 contribuyen al doble de carga, o sea 1 mol de cada uno de ellos nos proporciona dos moles de carga negativa, por eso en esta ecuación suconcentración se multiplica por dos).
la ecuación de balance de masa para B,
H2B + HB- + B2- = 0,10 (2)
NOTA: El balance de masa es la ecuación que expresa la suma de las concentraciones de todas las especies que surgen de una sustancia por medio de reacciones de disociación o asociación (en este caso al disociarse totalmente la solución 0,10 M de la sal NaBH, nos provee 0,10 M de HB- que seconvierte parcialmente en H2B y B2-, pero la suma de todos en solución sigue siendo 0,1 M).
y la ecuación de balance de masa para el sodio,
Na+ = 0,10 (3)
(recordemos que toda sal es un electrolito fuerte, por lo cual al disociarse totalmente una solución 0,10 M de la sal NaBH nos provee la misma concentración del ion sodio).
Sumando las ecuaciones (1) y (2) y sabiendo que Na+ = 0,10,resulta:
H2B + H+ = OH- + B2- (4)
Si los valores de H2B, B2- y OH- se obtienen de Ka1, Ka2 y se sustituyen en la ecuación (4), obtenemos:
H+ HB- HB- Ka2 Kw
-------------- + H+ = -------------- + ------ (5)
Ka1 H+ H+
Multiplicando la ecuación (5) por H+ nos da:
H+2 HB-
-------------- + H+2 = HB- Ka2 + Kw (6)
Ka1
Sacando comofactor común H+2 obtenemos:
HB-
H+2 ------ + 1 = HB- Ka2 + Kw (7)
Ka1
o bien:
HB- + Ka1
H+2 ------------- = HB- Ka2 + Kw (8)
Ka1
Entonces:
HB- Ka2 + Kw
H+2 = ------------------ (9)
HB- + Ka1
-------------
Ka1
o bien
HB- Ka2 Ka1 + Kw Ka1
H+2 =-------------------------- (10)
HB- + Ka1
Sacando raíz cuadrada,
___________________
HB- Ka2 Ka1 + Kw Ka1
H+ = ----------------------------- (11)
HB- + Ka1
Puesto que HB- es la especie principal en la solución, podemos suponer de una manera razonable que en la ecuación (2) H2B y B2- se pueden despreciar, esto nos da
HB- 0,10...
Acidos polipróticos
A un ácido que libera únicamente un protón se le llama ácido monoprótico. El ácido carbónico, H2CO3, libera dos iones hidrógeno y se le llama ácido diprótico; el H3PO4 (ácido fosfórico) es un ácido triprótico, etc. En general, a los ácidos que liberan dos o más protones se les llama ácidos polipróticos. El ácidofosfórico y algunos aminoácidos son ácidos polipróticos importantes. Los fosfatos participan como amortiguadores en los fluidos corporales de los sistemas vivientes y los aminoácidos son las unidades estructurales de las proteínas.
Como puede esperarse, los cálculos del equilibrio relacionados con los ácidos polipróticos son más complejos que los de los ácidos monopróticos. No obstante, en algunoscasos se pueden hacer suposiciones razonables que permiten hacer una buena aproximación del pH de las soluciones de estos ácidos y sus sales.
La solución de un ácido hipotético H2B en realidad contiene dos ácidos, H2B y HB-. Las reacciones de disociación y las constantes de equilibrio son:
H+ HB-
H2B HB- + H+ Ka1 = --------------
H2B
H+ B2-
HB- B2- + H+ Ka2 = --------------
HB-
pH de una solución de NaHB
Examinemos el problema del cálculo de pH de una solución 0,10 M de la sal NaBH. La solución contiene seis especies: H+, OH-, Na+, H2B, HB- y B2-. Para encontrar las concentraciones de estas especies necesitamos entonces seis ecuaciones independientes. Estas son las de Ka1, Ka2, Kw, la ecuación de balance de carga,
Na+ +H+ = OH- + HB- + 2 B2- (1)
NOTA: El balance de cargas, se puede obtener de la condición de electroneutralidad: donde la concentración total de cargas positivas debe ser igual a la concentración total de cargas negativas (los iones con carga ± 2 contribuyen al doble de carga, o sea 1 mol de cada uno de ellos nos proporciona dos moles de carga negativa, por eso en esta ecuación suconcentración se multiplica por dos).
la ecuación de balance de masa para B,
H2B + HB- + B2- = 0,10 (2)
NOTA: El balance de masa es la ecuación que expresa la suma de las concentraciones de todas las especies que surgen de una sustancia por medio de reacciones de disociación o asociación (en este caso al disociarse totalmente la solución 0,10 M de la sal NaBH, nos provee 0,10 M de HB- que seconvierte parcialmente en H2B y B2-, pero la suma de todos en solución sigue siendo 0,1 M).
y la ecuación de balance de masa para el sodio,
Na+ = 0,10 (3)
(recordemos que toda sal es un electrolito fuerte, por lo cual al disociarse totalmente una solución 0,10 M de la sal NaBH nos provee la misma concentración del ion sodio).
Sumando las ecuaciones (1) y (2) y sabiendo que Na+ = 0,10,resulta:
H2B + H+ = OH- + B2- (4)
Si los valores de H2B, B2- y OH- se obtienen de Ka1, Ka2 y se sustituyen en la ecuación (4), obtenemos:
H+ HB- HB- Ka2 Kw
-------------- + H+ = -------------- + ------ (5)
Ka1 H+ H+
Multiplicando la ecuación (5) por H+ nos da:
H+2 HB-
-------------- + H+2 = HB- Ka2 + Kw (6)
Ka1
Sacando comofactor común H+2 obtenemos:
HB-
H+2 ------ + 1 = HB- Ka2 + Kw (7)
Ka1
o bien:
HB- + Ka1
H+2 ------------- = HB- Ka2 + Kw (8)
Ka1
Entonces:
HB- Ka2 + Kw
H+2 = ------------------ (9)
HB- + Ka1
-------------
Ka1
o bien
HB- Ka2 Ka1 + Kw Ka1
H+2 =-------------------------- (10)
HB- + Ka1
Sacando raíz cuadrada,
___________________
HB- Ka2 Ka1 + Kw Ka1
H+ = ----------------------------- (11)
HB- + Ka1
Puesto que HB- es la especie principal en la solución, podemos suponer de una manera razonable que en la ecuación (2) H2B y B2- se pueden despreciar, esto nos da
HB- 0,10...
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