ciencia

EXPERIMENTO N°8
PREPARACIÓN DE SOLUCIONES REGULADORAS Y VARIACIÓN DEL pH

FUNDAMENTO TEÓRICO

Usualmente las soluciones reguladoras son soluciones acuosas que contienen un ácido débil y una base débil. La característica de estas soluciones es que resisten cambios significativos en su pH, cuando se diluyen moderadamente o cuando se les agregan pequeñas cantidades de un ácido o de una basefuertes.

En la segunda situación, el ácido fuerte será neutralizado por la base débil, y la base fuerte neutralizada por el ácido débil.

Normalmente una solución reguladora ácida (pH < 7) de pH específico, se prepara a partir de un ácido débil (cuyo pKa sea muy próximo al pH deseado) y de una sal derivada de este ácido. Por ejemplo, una solución reguladora de pH = 5 puede prepararse a partirdel ácido acético (pKa = 4,76) y de acetato de sodio: CH3COOH/CH3COONa. Cuando a este sistema se le agrega HCI(ac) NaOH(ac), las reacciones respectivas de neutralización se representan por las ecuaciones estequiométricas:





Estas reacciones, en esencia, se consideran completas ya que las reacciones inversas respectivas tiene constantes de equilibrio muy pequeñas; además, la reacción entreel ácido débil (HC2H3O2) y su base conjugada (C2H3O2-) no ocurre (que es la condición que se debe cumplir entre los componentes de un sistema regulador).

Con base en las anteriores reacciones de neutralización, se puede deducir que la solución reguladora resistirá cambios significativos en su pH, si las concentraciones del ácido débil y de la base conjugada experimentan cambios muy pequeños(condición que se cumple cuando las respectivas concentraciones iniciales son altas e iguales).

Teóricamente es posible determinar la relación que debe existir entre las concentraciones molares analíticas del ácido débil y de su base conjugada con el propósito de obtener un sistema regulador de pH específico. Para el ejemplo propuesto, este cálculo se hace con base en el equilibrio predominanteen el sistema y en la validez de ciertas asunciones:









La magnitud de Kb, Ka , Kw indica que en los respectivos equilibrios los reactivos están favorecidos; es decir, en el sistema las reacciones de los componentes del par conjugado,

HC2H3O2 / C2H3O2-, poco progresan (progreso, que además, es restringido por el efecto de la especie (ión) común). En este contexto; y cuando lasconcentraciones del ácido y las bases conjugadas son altas y similares, se asume que las reacciones no se realizan. Entonces, para e! sistema regulador definido por el equilibrio predominante:



Con



si (concentración molar analítica del ácido) y [CH3COO-] = Csal (concentración molar analítica inicial de la sal), se puede establecer la ecuación:



Cuando se requiere calcular la masade sal que se debe agregar, a un volumen específico de solución ácida de concentración conocida, para preparar una solución ácida (es decir, si la sal añadida no produce un cambio significativo en el volumen de la solución) la ecuación (2) se puede transformar en:



donde:

msal= masa de la sal
Ca = concentración molar analítica del ácido
Vsln = volumen de la solución reguladora
Msal= masa molar de la sal


Para preparar un sistema regulador básico (pH mayor a 7) de pH específico, NH3/NH4+ por ejemplo, la masa de la sal (NH4) que se debe agregar a la solución de la base débil (NH3) se puede calcular (con base en consideraciones similares a las hechas para el sistema CH3COOH/CH3COO- ) a partir de la ecuación:




El cálculo de masa de la sal que se debe disolver enagua para generar la base débil con concentraciones molares analíticas conocidas en pro de obtener una solución reguladora de pH específico no es necesario. En la práctica, el procedimiento consiste en dosificar la sal a una solución de su ácido conjugado de concentración conocida.

En este punto es importante comentar que existen en la literatura, recetas para preparar soluciones reguladoras...