Ácidos y Bases Fuertes y Débiles: Disociación, pH y Valoraciones

Ácidos y Bases Fuertes

Los ácidos y bases fuertes se disocian totalmente cuando forman soluciones, de tal manera que en la solución solo existen los iones de estas sustancias. Por lo tanto, no existe equilibrio entre el ácido/base fuerte y sus iones.

pH y pOH en Soluciones de Ácidos y Bases Fuertes

En soluciones acuosas de ácidos y bases fuertes, el pH depende directamente de la concentración de protones [H+] y el pOH depende de la concentración de hidroxilos [OH-] de la base.

Ejemplo de Ácido Fuerte (HCl)

Para un ácido monoprótico fuerte como el ácido clorhídrico (HCl), la disociación se representa por la siguiente ecuación:

HCl → H+ + Cl-

pH = - Log [H+]

Ejemplo de Base Fuerte (NaOH)

Para bases fuertes como el hidróxido de sodio (NaOH), la disociación se representa por la siguiente ecuación:

NaOH → Na+ + OH-

pOH = -log [OH-]

pH = 14 - pOH

Ácidos Débiles

En una solución de un ácido débil, HA, cuya disociación es parcial, el pH se obtiene de la concentración de los protones resultante de la disociación del ácido. Su concentración se calcula usando la constante de equilibrio del ácido (Ka):

HA ↔ H+ + A-

Ka = [H+]eq [A-] / [HA]

Despejando la concentración de protones:

[H+]eq = Ka [HA] / [A-]

pH = -log [H+]eq = -log (Ka [HA]eq / [A-])

Soluciones Buffer

Un buffer, o solución amortiguadora, es una solución que puede resistir cambios en el pH cuando se le agregan pequeñas cantidades de ácidos o bases fuertes.

Ejemplo de Buffer: Ácido Acético/Acetato de Sodio

Un buffer muy conocido es el buffer de ácido acético, HAc (0.1 M) y acetato de sodio, NaAc (0.1 M). El buffer presenta el siguiente equilibrio:

HAc ↔ Ac- + H+

Ka = 1.8 x 10^-5 = [Ac-] x [H+] / [HAc]

Una solución buffer puede variar su pH inicial debido a que las concentraciones del ácido débil y su base conjugada cambian cuando se le agrega pequeñas cantidades de ácidos fuertes o bases fuertes. Esto hace que aumente o disminuya el pH del buffer dependiendo de la sustancia añadida.

Valoraciones Ácido-Base

Una valoración ácido-base es una técnica o método de análisis cuantitativo muy usada, que permite conocer la concentración desconocida de una disolución de una sustancia que pueda actuar como ácido, neutralizada por medio de una base de concentración conocida.

En estas valoraciones se mide el volumen de ácido (o de base) de una concentración conocida necesario para neutralizar un volumen determinado de base (o de ácido) de concentración desconocida. Cuando se valoran ácidos se llaman acidimetrías y cuando se valoran bases, alcalimetrías.

Punto de Equivalencia

Se llama punto de equivalencia al momento en que son iguales los equivalentes de la sustancia valorada y los equivalentes de la sustancia valorante (ácido y base). Este punto de equivalencia se detecta muy fácilmente ya que se observa en sus inmediaciones un brusco salto de pH que se puede detectar en un pH-metro o con un indicador.

Cálculo de la Concentración Desconocida

Como consecuencia de la estequiometría de la reacción ácido-base podemos llegar a una sencilla ecuación que nos permite conocer rápidamente la concentración desconocida. Por ejemplo, si valoramos con un ácido monoprótico de concentración desconocida (HX) una base de concentración conocida:

En general, para cualquier valoración:

N ácido x V ácido = N base x V base

Donde N es la normalidad.

Curvas de Valoración

Las curvas de valoración de un ácido monoprótico fuerte y débil (HX) se muestran en las figuras 1 y 2 (Nota: Las figuras no fueron proporcionadas en el texto original).