En la mayoría de los procesos industriales es muy importante el control de los niveles de pH que presenten los productos que son elaborados o las soluciones que serán utilizadas para alguna parte del proceso.
Enviado por Kate • 21 de Abril de 2018 • 5.770 Palabras (24 Páginas) • 603 Visitas
...
Índice pH
Se asigna el símbolo Kw a la constante de autoprotólisis del agua (el subíndice w proviene del inglés wáter, agua).
2H2O Kw H3O+ + OH- [pic 8]
[pic 9]
La expresión para la constante de equilibrio Kw es
Kw = [H3O+] [OH-]
Igual que para todas las constantes de equilibrio, Kw depende de la temperatura.
A 25 °C (298.15 K), el valor de Kw es 1.01 X 10-14
El pH se define de manera aproximada como el logaritmo negativo de la concentración de H+
pH = -log[H3O+]
En agua pura a 25 °C con [H3O+] = 1.0 X 10-7 M, el pH es –log (1.0 X 10-7) = 7.00. Si la concentración de OH- es 1.0 X 10-3 M, entonces [H3O+] = 1.0 X 10-11 M y el pH es 11.00
Una relación útil entre las concentraciones de H3O+ y OH- es:
pH + pOH = -log (Kw) = 14.00 a 25°C
donde pOH = -log[OH-], del mismo modo en que el pH = -log[H3O+]. Ésta es una forma elegante de decir que si pH = 3.58, entonces pOH = 14.00-3.58 = 10.42, o bien
[OH-] = 10-10.42 = 3.8 X 10-11 M
Una solución es ácida si [H3O+] > [OH-]. Es básica cuando [H3O+] -]. A 25°C, una solución ácida tiene pH menor de 7, y una básica tiene pH mayor de 7.
(Harris, Daniel C., “Análisis Químico Cuantitativo, 1ª Edición)
[pic 10]
Figura 1. Escala de pH.
Fuerza de los ácidos y las bases
Habitualmente, los ácidos y las bases se clasifican como fuertes o débiles, dependiendo de si reaccionan “por completo” o sólo “parcialmente” para formar H3O+ u OH- . Puesto que existe un intervalo continuo de posibilidades para las reacciones “parciales”, no hay una frontera bien definida entre fuerte y débil. Sin embargo, algunos compuestos reaccionan tan completamente que es fácil considerarlos ácidos o bases fuertes y, por convención, cualquier otro comportamiento se define como débil.
Por definición, un ácido o base fuertes se disocian completamente en solución acuosa. Esto es, las constantes de equilibrio para las siguientes reacciones son muy grandes:
HCl(ac) H+ + Cl-[pic 11][pic 12]
KOH(ac) K+ + OH-[pic 13][pic 14]
En soluciones acuosas, virtualmente no existen HCl o KOH sin disociar.
Debe observarse que, si bien los haluros de hidrógeno HCl, HBr y HI son ácidos fuertes, el HF no lo es.
Para la mayoría de los fines prácticos, los hidróxidos de los metales alcalinotérreos (Mg2+, Ca2+, Sr2+ y Ba2+) pueden considerarse bases fuertes, aunque son mucho menos solubles que los hidróxidos de los metales alcalinos y también tienen cierta tendencia a formar complejos de la forma MOH- .
Ácidos y Bases débiles
Todo ácido débil, HA, reacciona con el agua conforme a la ecuación
HA + H2O Ka H3O+ + A- [pic 15]
[pic 16]
la cual tiene exactamente el mismo significado que
HA Ka H+ + A-[pic 17][pic 18]
La constante de equilibrio para ambas ecuaciones se simboliza Ka, llamada constante de disociación ácida.
[pic 19]
Ka =
Por definición, un ácido débil es aquel que sólo se disocia parcialmente en agua.
Esto significa que la Ka es “pequeña” para los ácidos débiles.
Las bases débiles, B, reaccionan con el agua conforme a la ecuación
B + H2O Kb BH+ + OH-[pic 20][pic 21]
La constante de equilibrio Kb se denomina habitualmente de hidrólisis básica o constante de “disociación” de las bases.
Kb = [pic 22]
Por definición, una base débil es aquella para la cual Kb es “pequeña”
(Harris, Daniel C., “Análisis Químico Cuantitativo, 1ª Edición)
Tipos comunes de ácidos y bases débiles
El ácido acético y la metilamina son típicos ácido y base débiles comunes.
CH3COOH CH3COO- + H+ Ka = 1.75 X 10-5[pic 23][pic 24]
ÁCIDO ACÉTICO (HA) ACETATO (A-)
CH3NH2 + H2O CH3NH3+ + OH- Kb = 4.4 X 10-4 [pic 25][pic 26]
METILANINA (B) ION METILAMONIO (BH+)
El ácido acético es representativo de los ácidos carboxílicos, cuya estructura general es
[pic 27]
Un ácido carboxílico
donde R es un sustituyente orgánico. La mayoría de los ácidos carboxílicos son ácidos débiles, y la mayoría de los aniones carboxilato son bases débiles.
[pic 28]
Un anión carboxilato
La metilamina es una amina representativa, un compuesto que contiene nitrógeno.
RNH2 una amina primaria RNH3+[pic 29]
R2NH una amina secundaria R2NH2+ iones amonio
R3N una amina terciaria R3NH+
Las aminas son bases débiles, y los iones amonio son ácidos débiles. El “precursor” de todas las aminas es el amoniaco, NH3+. Cuando una base como la metilamina reacciona con el agua, el producto que se forma es el ácido conjugado. Esto es, el ion metilamonio.
CH3NH3 Ka CH3NH2 + H+ Ka =
...