+ OH. Para la ionización reversible del agua, como para cualquier otra reacción química, podemos escribir su : + =

Transcripción

1 El gu Clse

2 7 Aunque grn prte de ls propieddes del gu como disolvente se pueden explicr en función de su molécul sin crg (H 2 O), el pequeño grdo de ionizción del gu en iones hidrógeno e iones hidroxilo tmbién debe ser tenido en cuent. Además, los ácidos débiles y ls bses débiles cundo se disuelven en gu ltern ls cntiddes reltivs de estos iones en l disolución, bien portndo iones hidrógeno por disocición si son ácidos, o bien retirándolos por protonción si son bses. Por ello, ddo que muchos procesos biológicos se ven fectdos por ls concentrciones de iones hidrógeno e hidroxilo, es conveniente que prestemos hor tención l ionizción del gu y de los ácidos y bses débiles disueltos en ell. L molécul de gu tiene un liger tendenci ionizrse reversiblemente dndo lugr un ion hidrógeno y un ion hidroxilo según l rección H2O H OH Pr l ionizción reversible del gu, como pr culquier otr rección químic, podemos escribir su : eq [ H ] [ OH = [ H 2O] L constnte de equilibrio de l ionizción reversible del gu nos permite describir este proceso en términos cuntittivos, es decir, conocer en qué grdo se encuentr ionizd el gu un tempertur determind. El vlor de [H 2 O] en el gu pur es (1.000 g de gu en un litro dividido por su ms moleculr, o se, 1.000/18=55,5). Ddo que ls concentrciones de iones hidrógeno e hidroxilo en el gu pur son muy bjs, este vlor es esencilmente constnte (no disminuye significtivmente cundo el gu se ioniz), por lo que podemos sustituirlo en l ecución nterior y reordenrl como sigue: ]

3 55,5 eq = [ H ] [ OH ] = w 8 El término se conoce como, y es constnte pr un tempertur dd. El vlor de eq, que se h determindo prtir de ls medids de conductividd eléctric en el gu pur, es de 1,8 x M 25 C. Sustituyendo este vlor en l ecución nterior tenemos: 16 55,5 x 1,8 x 10 = [ H ] [ OH ] 16 99,9 10 = [ H ] [ OH ] = [ H ] [ OH ] = w Así, el vlor del producto iónico del gu 25 C es A prtir de este vlor se puede clculr l concentrción de iones hidrógeno e iones hidroxilo en el gu pur 25 C. Puesto que por cd molécul de gu que se disoci se obtiene un ion hidrógeno y un ion hidroxilo podemos deducir que 14 7 [ H ] = [ OH ] = 10 = 10 M Tbl 4.2 Es decir, en un instnte ddo sólo un de cd diez millones de moléculs se encuentr ionizd en el gu pur 25 C. En un disolución cuos, si [H ] es igul [OH ], tl como ocurre en el gu pur, se dice que l disolución es ; si [H ] es myor que [OH ] se dice que es ; y si [H ] es menor que [OH ] se dice que es. En culquier cso, el producto de mbs concentrciones ( w ) es constnte e igul C, de tl modo que si un de ls dos concentrciones es elevd l otr debe ser proporcionlmente reducid pr que el producto iónico del gu permnezc constnte (Tbl 4.2). A prtir del producto iónico del gu se introduce l. L escl de ph constituye un form ágil y cómod de expresr ls concentrciones de iones hidrógeno (y consiguientemente de iones hidroxilo) en disoluciones cuoss diluids. Su uso evit tener que mnipulr cifrs engorross del tipo de 0, M o 10 8 M. Es válid pr expresr concentrciones entre M y 1 M de iones hidrógeno (ver

4 Tbl 4.2). El : se define como el 1 ph = log [ H ] = log [ H ] 9 Un disolución cuos neutr tiene un ph=7 y que en ell [H ]=10 7 y por lo tnto: 7 ph = log 10 = (7 log 10) = (7 x 1) = 7 De l mism mner, el ph de un disolución ácid será menor que 7 y el de un disolución básic myor que 7. Obsérvese que l escl de ph es logrítmic, no ritmétic: decir que dos disoluciones difieren en un unidd de ph signific que un de ells posee un concentrción de iones hidrógeno diez veces superior l de l otr. El ph de un disolución puede medirse de mner proximd utilizndo (sustncis que cmbin de color con ls vriciones de ph), o de un mner más precis medinte prtos denomindos phmetros. L medid del ph es un de ls operciones más corrientes en l investigción bioquímic y que sus vriciones tienen efectos importntes sobre muchs biomoléculs. Aunque existen definiciones de ácidos y bses de plicción más generl, los conceptos introducidos en su dí por Brönsted y Lowry son de myor utilidd pr describir el comportmiento de ácidos y bses en sistems cuosos como los que estmos trtndo. Según el concepto de BrönstedLowry, y. A cd ácido corresponde un de modo que, plicndo este formulismo, ácidos y bses no se trtn por seprdo, sino como integrntes de. Por ejemplo, el ácido cético, un ddor de protones, y el nión cetto, su correspondiente ceptor, formn un pr ácidobse conjugdo relciondo por l rección reversible CH COOH CH COO H El moníco, un ceptor de protones, es l bse conjugd del ion monio, su correspondiente ddor, según l rección NH 4 NH H Cd ácido tiene un tendenci crcterístic ceder su protón. Los ácidos fuertes tienen un tendenci elevd ceder su protón, mientrs que los ácidos débiles lo ceden con más dificultd. A un ácido fuerte corresponde un bse conjugd débil (con poc finidd por el protón) mientrs que un ácido débil corresponde un bse conjugd fuerte (con grn finidd por el protón). L myor o menor tendenci de un ácido AH ceder su protón pr formr l bse conjugd A según l rección AH A H

5 puede expresrse de un modo cuntittivo medinte l constnte de equilibrio de dich rección, que en este cso recibe el nombre de constnte de disocición ( ) = [ A ] [ H [AH] Los ácidos fuertes presentn vlores ltos de, mientrs que los ácidos débiles presentn vlores bjos de. Ests constntes de disocición son crcterístics de cd pr conjugdo ácidobásico pr un tempertur determind. Al igul que ocurre con los vlores de [H ] en ls disoluciones cuoss diluids, los vlores de resultn veces engorrosos en lo que su mnipulción se refiere. Por ello, de mner nálog como se introdujo el concepto de ph, introduciremos hor el concepto de, que se define como p = log = log Cunto más fuerte se un ácido más bjo será el vlor de su p; por el contrrio, los ácidos débiles presentn p's elevdos. Debemos tener en cuent que el p expres tnto l tendenci de un ácido ceder protones como l de su bse conjugd ceptrlos; es, pues, un constnte crcterístic de cd pr conjugdo ácidobásico un tempertur determind. L titulción es un procedimiento que se us hbitulmente en químic pr conocer l concentrción de un ácido en un disolución. Se prte de un volumen conocido de l disolución problem l que se v ñdiendo got got otr disolución de un bse fuerte (generlmente NOH) de concentrción conocid. Cundo se produce l neutrlizción, lo que se determin medinte un colornte indicdor, se puede determinr l concentrción inicil del ácido prtir del volumen de disolución básic ñdido y de su concentrción. Si en el curso de un titulción vmos midiendo periódicmente con un phmetro el ph de l disolución problem, y lo representmos gráficmente frente l cntidd de disolución básic ñdid, obtendremos l crcterístic del pr ácidobásico tituldo. En l Figur 4.7 se represent modo de ejemplo l curv de titulción del ácido cético (HAc). Est curv revel cómo v vrindo el ph y ls cntiddes reltivs de l especie ddor y ceptor de protones medid que trnscurre el proceso de titulción. En este proceso están implicdos dos equilibrios químicos cuys constntes crcterístics deben permnecer inlterds lo lrgo de tod l titulción: ] 1 10