Conceptos Fundamentales de Ácidos, Bases y Solubilidad en Química
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Teorías Ácido-Base
Teoría de Arrhenius
Según la teoría de Arrhenius:
- Un ácido es toda sustancia que, en disolución acuosa, aumenta la concentración de cationes H+.
- Una base es toda sustancia que, en disolución acuosa, aumenta la concentración de aniones OH-.
Esta teoría dispone de las constantes de acidez (Ka) y basicidad (Kb).
Teoría de Brønsted-Lowry
La teoría de Brønsted-Lowry define a los ácidos y bases de la siguiente manera:
- Ácidos: son toda sustancia capaz de ceder protones.
- Bases: son toda sustancia capaz de aceptar protones.
Es importante destacar que a un ácido fuerte le corresponde una base conjugada débil, y a un ácido débil, una base conjugada fuerte.
pH de Disoluciones
Disoluciones de Ácidos Fuertes
Para los ácidos fuertes, como el HCl, el equilibrio se encuentra totalmente desplazado hacia la formación de iones, por lo que no se suele expresar con Ka.
Disoluciones de Bases Fuertes
Todos los hidróxidos de los metales alcalinos y alcalinotérreos son bases fuertes.
Disoluciones de Ácidos Débiles
Para calcular el pH de disoluciones de ácidos débiles, es necesario conocer su constante de acidez (Ka). Por ejemplo, para el ácido fórmico (HCOOH).
Disoluciones de Bases Débiles
El cálculo del pH para disoluciones de bases débiles, como el amoniaco (NH3), requiere conocer su constante de basicidad (Kb).
Hidrólisis del Agua
La hidrólisis ocurre cuando una sal reacciona con el agua, afectando el pH de la disolución:
- Las disoluciones de sales provenientes de un ácido fuerte y una base débil son ácidas.
- Las disoluciones acuosas de sales provenientes de un ácido débil y una base fuerte son básicas.
- Las disoluciones acuosas de sales provenientes de un ácido fuerte y una base fuerte son neutras.
Producirán hidrólisis aquellos compuestos que provengan de ácidos o bases débiles (ej. NH4+, HCOO-).
En las sales formadas por un ácido fuerte y una base fuerte, no existe hidrólisis significativa ya que ambos productos de disociación son débiles, resultando en un pH neutro.
Mezclas de Ácidos y Bases
En la mezcla de ácidos fuertes y débiles, siempre que las concentraciones de ambos sean parecidas, el pH de la disolución será predominantemente el del ácido fuerte. Lo mismo ocurre en mezclas de bases.
Solubilidad
Definición de Solubilidad
La solubilidad se define como los moles de soluto que pueden disolverse en 1 litro de disolución a una determinada temperatura. La solubilidad depende de la temperatura.
Disolución Saturada
Una disolución saturada es aquella que no puede admitir más soluto a una temperatura concreta.
Factores que Afectan la Solubilidad
La solubilidad de un compuesto iónico depende de varios factores:
- Si los iones son grandes, las variaciones de solubilidad se justifican en función de las variaciones de la entalpía de hidratación.
- Si los iones son pequeños, las variaciones de entalpía se justifican en función de las variaciones de la energía reticular.
Producto de Solubilidad (Kps)
El producto de solubilidad (Kps) es el producto de las concentraciones molares (en equilibrio) de los iones constituyentes del compuesto, cada uno elevado a su coeficiente estequiométrico en la ecuación de equilibrio.
Producto Iónico (PI)
El producto iónico (PI) es un producto de concentraciones de iones, expresado de la misma forma que la expresión del Kps, pero no necesariamente en condiciones de equilibrio.