EQUILIBRIOS EN SOLUCION ACUOSA Y VOLUMETRIA ACIDO-BASE

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 ácido fosfórico 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 algunos casos 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 su concentración 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 se convierte 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 como factor común [H+]2 obtenemos:

      [HB-]

[H+]2 {------ + 1} = [HB-] Ka2  + Kw        (7)

       Ka1        

o bien:

                            [HB-] + Ka1        

[H+]2 {-------------} = [HB-] Ka2  + Kw        (8)

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