IONIZACIÓN DEL AGUA Kw y pH

El agua pura tiene la capacidad de disociarse en iones, por lo que en realidad se puede considerar una mezcla de:

  • Agua molecular (H2O )
  • Protones hidratados (H3O+ ) e
  • Iones hidroxilo (OH-)

En realidad esta disociación es muy débil en el agua pura, y así el producto iónico del agua a 25: es

Este producto iónico es constante. Como en el agua pura la concentración de hidrogeniones y de hidroxilos es la misma, significa que la concentración de hidrogeniones es de 1 x 10-7. Para simplificar los cálculos Sorensen ideó expresar dichas concentraciones utilizando logaritmos, y así definió el pH como el logaritmo cambiado de signo de la concentración de hidrogeniones. Según ésto:

  • Disolución neutra pH = 7
  • Disolución ácida pH < 7
  • Disolución básica pH > 7

En siguiente figura se señala el pH de algunas soluciones. En general hay que decir que la vida se desarrolla a valores de pH próximos a la neutralidad.

Los organismos vivos no soportan variaciones del pH mayores de unas décimas de unidad y por eso han desarrollado a lo largo de la evolución sistemas de tampón o buffer, que mantienen el pH constante mediante mecanismos homeostáticos. Los sistemas tampón consisten en un par ácido-base conjugada que actúan como dador y aceptor de protones respectivamente.

El tampón bicarbonato es común en los líquidos intercelulares, mantiene el pH en valores próximos a 7,4, gracias al equilibrio entre el ión bicarbonato y el ácido carbónico, que a su vez se disocia en dióxido de carbono y agua:

Si aumenta la concentración de hidrogeniones en el medio por cualquier proceso químico, el equilibrio se desplaza a la derecha y se elimina al exterior el exceso de CO2 producido. Si por el contrario disminuye la concentración de hidrogeniones del medio, el equilibrio se desplaza a la izquierda, para lo cual se toma CO2 del medio exterior.

Los ácidos fuertes se disocian completamente, cuando se disuelven en agua. Ejemplos: H2SO4,
HCl, HNO3, HClO4.
Ka = ∞


pH = -log [H+]=-log[Ac. Fuerte]

Los ácidos de fuerza media se disocian parcialmente, sus constantes de acidez o de disociación son mayores a 1 x 10-3 aproximadamente.
Los ácidos débiles: No se disocian completamente. Entre más pequeña es la constante de acidez (Ka), más débil es la acidez. Son ácidos débiles aquellos que tienen constantes de acidez menores o iguales a 1x10-3

Base: sustancia capaz de donar iones OH-. Bases fuertes: se disocian al 100%, dona todos sus OH-. Son las bases de los metales alcalinos y alcalinotérreos como NaOH, KOH, Ba(OH)2, Ca(OH)2. Kb = ∞


pH = 14 + log [OH-].

Bases débiles: No se disocian completamente.

Base conjugada de un ácido de Bronsted: es la especie que resulta cuando el ácido pierde un protón.
• Ácido conjugado: es el producto de la adición de un protón con una base de Bronsted.
A un ácido muy fuerte le corresponde una base conjugada muy débil. A una base muy fuerte le corresponde un ácido conjugado muy débil.
Relación entre la constante de acidez de un ácido y la constante de basicidad de su base conjugada.


CURVAS DE TITULACIÓN ACIDO-BASE (FUERTES)

REACCIONES ACIDO-BASE:

Ácido: Los ácidos son sustancias que se ionizan en disolución acuosa pra formar iones Hidrogeno y asi aumentar la concentración de iones H+ac). Las moleculas de diferentes ácidos pueden ionizarse paar formar diferentes números de iones H+. Tanto el HCl como el HNO3, son ácidos monoproticos, que producen un H+ por molecula de ácido.El ácido sulfurico, Es un ejemplo de ácido diprotico, que produce dos iones H+ por molecula de ácido.

Base: Las bases son sustancias que aceptan (reaccionan con) iones H+. Las bases producen iones hidroxilo (OH-) cuandos e disuelve en agua. Los hidroxidos ionicos como el NaOH y KOH se cuentan entre las bases mas comunes, que cuando se disuelven en agua, disocian en sus iones componentes, liberando iones OH- en la disolución. Tambien pueden ser bases, compuestos que no contienen iones OH- como el amoniaco, al disolverla en agua este acepta un ion hidroxilo de la molecula de agua y asi produce un ion OH-

.

Las reacciones ácido-base se basan en el producto iónico del agua el cual se describe por la siguiente reacción:

H2O = H+ + OH-

Por ejemplo en la reacción de neutralización mas común entre un ácido fuerte y una base fuerte tenemos:

HCl + NaOH = NaCl + H2O

Como podemos observar la reaccion de neutralización produce una sal (NaCl) y agua, notandose el producto iónico de esta en los reactivos usados.

La imagen que se muestra al inicio de la pagina corresponde a diferentes ácidos y bases con un indicador el cual nos ayuda a detectar el punto final de una titulación, estos indicadores pueden ser para medio ácido o basico, como se desee o de acuerdo a las necesidades del analista.

Las titulaciones son procedimientos de laboratorio que se basan en las reacciones de neutralización, y que nos permiten identificar ciertas caracteristicas de las soluciones como por ejemplo su caracter, y determinar su valor en la escala de pH, tambien por ejemplo en uno de los procedimientos mas comunes en el analisis quimico para la estandarizacion de soluciones, es decir determinar si la concentracion de determinado reactivo es la que se indica en la etiqueta.


SOLUCIONES REGULADORAS
Las soluciones reguladoras son muy importantes en las reacciones químicas que se llevan a cabo en el laboratorio, en los procesos industriales y en nuestro cuerpo.
Por ejemplo, la actividad catalítica de las enzimas en las células, la capacidad portadora de oxígeno por la sangre y, en general, las funciones de los fluidos de los organismos animales y vegetales dependen del pH, el cual es regulado por uno o varios de estos sistemas.

Una solución reguladora: Es una solución constituida de un ácido débil y su sal, o una base débil y su sal. Si se agrega una pequeña cantidad de ácido o base a la solución reguladora, el pH de la solución permanece casi constante.

Un buen ejemplo de una solución reguladora es la sangre que tiene un pH de 7.35. La adición de "pequeñas" cantidades de ácido o base a la sangre, hará que ésta cambie su valor de pH relativamente poco en el orden de unas pocas centésimas

 

Puede haber soluciones

reguladoras básicas que tienen valores de pH por encima de 7, y soluciones reguladoras ácidas con valores de pH menores de 7.

Las soluciones reguladoras básicas se preparan a partir de mezclas de bases débiles base que se disocia o ioniza en pequeño grado, es decir que produce una pequeña cantidad de iones hidroxilo (OH-) en agua. y sus sales o ácidos conjugados.

Las soluciones reguladoras ácidas se preparan a partir de mezclas de ácidos débiles es un ácido que se disocia o ioniza en pequeño grado; es decir que produce una cantidad muy pequeña de iones hidrógeno (H+). y sus sales o bases conjugadas.

 

 

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