Quimica

Cálculos de pH en soluciones acuosas

Definiciones de Arrhenis para ácidos y bases:

Ácido: sustancia que en agua libera iones hidrógeno (protones). Por ejemplo:

Ácido clorhídrico: HCl, por ionización da iones hidrógeno e iones cloruro:

HCl ( H+ + Cl-

Base: sustancia que por ionización de iones oxidrilo. Por ejemplo: el hidróxido de sodio es una base porque da por ionización:NaOH ( Na+ + OH-

El pH de las soluciones acuosas:

p es un operador matemático que significa –log. Su utilidad consiste en nuestro caso en expresar concentraciones de ácidos bajo una forma numérica más simple y práctica.

Teniendo en cuenta que

pH = - log ( H+ (

puede calcularse conociendo la concentración molar en H+ de soluciones de ácidos:

Si se tiene una solución de H2SO4que tiene una concentración 0,05 M, sabiendo que disocia en:

H2SO4 ( 2 H+ + SO4-2

a partir de un mol de H2SO4 se obtienen 2 moles de H+, por lo tanto, a partir de una solución 0,05 M de ácido se obtendrá una concentración del doble en H+. Su pH será:

pH = - log ( H+( = - log (2 . 0,05) = - log 0,1 = 1

Si desea calcularse pH de soluciones de bases, aquí no se sabe en forma directala ( H+(. Debemos recurrir a la expresión de disociación del agua o autoprotólisis del agua, en donde:

H2O ( H+ + OH-

El sistema, representado por una doble flecha, expresa un equilibrio entre moléculas de agua y sus iones. Este equilibrio es dinámico, no estático. En forma permanente moléculas de agua disocian (hacia la derecha) a la vez que iones H+ y OH- se asocian para formarmoléculas de agua (hacia la izquierda).

Se sabe que a 25 ºC, la concentración de iones H+ y OH- es de 1 . 10-7 M respectivamente, lo que indica que muy pocas moléculas de agua estarán disociadas (una de cada 500 millones aprox.), pero las suficientes como para poder contarlas.

El producto de las concentraciones molares de estos iones se define como producto iónico del agua, Pi o Kw. Este valor esconstante a esa temperatura.

Kw = ( H+( . ( OH-(

10-7 . 10-7 = 1 . 10-14
Si ahora operamos con logaritmos sobre esta expresión se obtiene:

( H+( . ( OH-( = 1 . 10-14
log (( H+( . ( OH-() = log (1 . 10-14)
log ( H+( + log ( OH-() = log 10-14 = -14

multiplicando por -1:

- ( log ( H+( + log ( OH-( ) = - ( -14)
- log ( H+( - log ( OH-( ) = 14

como p = -log :pH + pOH = 14

De este modo en una solución de un hidróxido podemos calcular primero el pOH conociendo la concentración molar de oxidrilos y luego calcular el pH por diferencia con 14.

Ejemplo: si se cuenta con una solución de NaOH 1,2 . 10-4 M, ¿qué pH tendrá?

La disociación de la base en agua es:

NaOH ( Na+ + OH-

Por cada mol de NaOH se obtiene un mol de OH-. Entonces porcada 1,2 . 10-4 M en NaOH, tendremos una concentración de 1,2 . 10-4 M en OH-. El pOH será:

pOH = - log ( OH-( = - log (1,2 . 10-4) = 3,92

como pH + pOH = 14, el pH será:

pH = 14 - pOH = 14 - 3,92 = 10,08

Algunas observaciones acerca de la escala de pH:

➢ Se piensa que la escala de pH va de 0 a 14. No es así. Supongamos que contamos con una soluciónconcentrada de HCl, que es 3 M. Su pH será:

pH = - log ( H+( = - log 3 = - 0,48

El pH es inferior a cero. Lo mismo ocurre con soluciones fuertemente alcalinas, por ejemplo la de la soda cáustica concentrada. En este caso el pH será superior a 14.

➢ Así como existe una escala de pH, hay otra de pOH igual pero vista al reverso:

[pic]
➢ Esto significa que en una solución ácidatendremos tanto pH como pOH, o sea, tanto H+ como OH-. ¿De donde provendrán estos iones OH-? En una solución de HCl por ejemplo, habrá iones H+ y Cl- provenientes de la ionización del ácido:

HCl ( H+ + Cl-

Por otro lado, la solución es acuosa, por lo que habrá también ionización de moléculas de agua:

H2O ( H+ + OH-

Es decir: en la solución del ácido habrá: H+, Cl-, OH- y H2O sin...