Repso N : p, ELETROLITOS FUERTES Y DÉBILES, SOLUIONES REGULADORAS 1. p 1.1 Definición de p Ddo que ls concentrciones de los iones + y - son menudo números muy pequeños y por lo tnto poco conveniente pr trjr con ellos, Sörensen propuso en 1909 un medid más práctic llmd p. El p de un solución se define como: p log (1) Y que el p es simplemente un mner de expresr l concentrción del ión hidrógeno, ls soluciones ácids y ásics pueden identificrse por los vlores de p como se muestr continución: Soluciones oncentrción p ácids [ + ] > 1.0 10-7 M < 7 ásics [ - ] > 1.0 10-7 M > 7 neutrs [ + ] = [ - ] = 1.0 10-7 M = 7 En el lortorio, el p de un solución puede medirse utilizndo ppeles o soluciones indicdors y equipos de medid llmdos pmetros. Los electrodos conectdos l pmetro se sumergen en l solución medir y el p se lee directmente en l escl del instrumento. Un escl nálog l de p puede otenerse usndo el logritmo negtivo del ión oxhidrilo. Entonces el p se define como: p log () El p de soluciones de concentrción conocid de ácidos, ses y sles puede estimrse en form numéric plicndo l expresión (1) y ls leyes del equilirio químico. Deemos recordr que el puede ctur tnto como ácido o como se: 1 O 3O 3 10 W pw = -logw = 1 = p + p Repso Nº 8
1.. álculo de p de soluciones de ácidos y ses fuertes ) álculo del p de un solución 0,0100 M de l. El l es un ácido fuerte, y en un solución cuos se disoci en form totl generndo los iones + y l -. l 0,0100M l 0,0100M Por lo tnto l [ + ] en l solución es 0,0100 M y su p: p log log(0,0100) Pr el cso de un solución 0,0100 M de N se procederí del mismo modo: p log log(0,0100) omo p p 1 entonces p 1 1 1.3. álculo de p de soluciones de ácidos y ses déiles Los ácidos y ses déiles en soluciones cuoss se disocin prcilmente. Esto hce que pr el cálculo del p de sus soluciones demos considerr el equilirio de sus recciones de disocición. 1.3.1. so de ácidos déiles monopróticos A A A A, constnte de disocición omo por cd mol de A que se disoci se gener 1 mol de A - y un mol de +, l concentrción de protones [ + ] que se gener será igul l concentrción de [A - ], entonces reemplzndo en l ecución de l constnte de equilirio: A Ahor ien, pr quellos ácidos cuys constntes de disocición son pequeñs y en el cso de soluciones no muy diluids, podemos suponer que l concentrción inicil de ácido () y l concentrción de ácido en el equilirio [A] son muy similres, entonces: = [A] Repso Nº 9
Reemplzndo en l constnte de equilirio: ácidos déiles, fórmul de cálculo de l [ + ] en soluciones de Ejemplo: lculr el p de un solución 0,1000 M de ácido cético, cuy constnte de disocición es 1,8 10-5. 5 3 1,8 10 0,1000 M 1,310 M p =,87 1.3.. so de ses déiles monoásics Supongmos que se quiere clculr el p de un solución 0,1000 M de, cuy rección de disocición es: omo por cd mol de que se disoci se genern un mol de + y un mol de -, entonces [ - ] = [ + ], por lo tnto, reemplzndo en l ecución de l constnte de equilirio nos qued:, Ahor ien, pr ls ses con constntes de disocición pequeñs y en el cso de soluciones no muy diluids, podemos suponer que l concentrción inicil de l se () y l concentrción del hidróxido de monio en el equilirio son muy similres, es decir, = []. Reemplzndo en l ecución de equilirio nos qued: [ ] de [ - ] en soluciones de ses déiles En nuestro ejemplo 5 3 1,8 10 0,1000M 1,310 p 11,, fórmul de cálculo de l concentrción Repso Nº 30
1.. álculo de p de soluciones slins 1..1 idrólisis de sles Se llm hidrólisis l rección de uno o más iones de un sl con gu, dndo como producto un se déil, un ácido déil o mos. Por lo tnto, cundo un sl se disuelve en gu l solución resultnte puede ser neutr, ácid o lclin. Ls sles pueden clsificrse en cutro grupos: Grupo I: Son sles neutrs, que provienen de un ácido fuerte y un se fuerte. undo ests sles se disuelven en gu, los ctiones y niones de l mism no se hidrolizn, por lo tnto el equilirio del gu no se lter y l solución permnece neutr. Ejemplos: Nl, SO, NNO3. L únic rección que produce protones es l utoprotólisis del gu: 1 1 O 10 10 p 7 3O W 3 Grupo II: Son sles que provienen de un ácido déil y un se fuerte, disuelts en gu, l solución resultnte es lclin. Ejemplo: N N disocición El N - por provenir de un ácido déil, el ácido cinhídrico (N), se hidroliz (reccion con el gu) pr generr dicho ácido. N N l constnte de equilirio de est rección es l constnte de hidrólisis h. h N N omo por cd mol de - se form tmién un mol de N, entonces [ - ] = [N] y reemplzndo en l constnte de hidrólisis: h N, puede suponerse que l concentrción del ión cinuro en el equilirio es muy similr l concentrción de l sl, entonces [N - ] = s. Además, multiplicndo y dividiendo l expresión de l constnte de hidrólisis por l concentrción de [ + ] podemos oservr que l constnte de hidrólisis es el cociente entre w y (h = w/) h N w N onsideremos que tenemos un solución de N de 0,1000 M y conocemos l constnte de disocición del ácido = 7, 10-10. uáles serán el p y el p de l solución? w s Repso Nº 31
1 w s 110 0,1000 M 0,117810 M, p,9 y p 11, 08 7,10 10 Grupo III: Son ls sles que provienen de un ácido fuerte y un se déil, disuelts en gu, l solución es ácid. Por ejemplo: l l Disocición Por provenir de un se déil, el + se hidroliz (reccion con el gu) pr generr l se correspondiente: h L constnte de est rección es l constnte de hidrólisis. omo en el cso nterior, pero hor multiplicndo y dividiendo por [ - ], l constnte de hidrólisis puede expresrse como sigue: h w omo por cd mol de se gener un mol de +, entonces [] = [ + ]. Reemplzndo en l constnte de equilirio: h Puede suponerse como en el cso nterior que [ + ] en el equilirio es muy similr l concentrción de l sl s. Reemplzndo en l constnte de equilirio y despejndo l [ + ], se otiene: w s Si considermos un concentrción de l 0,1000 M y siendo que = 1,8 10-5, el p resultnte de l solución será: 1 w s 110 0,1000 M 6 7,510 entonces p 5,13 y p 8, 87 1,8 10 5 Grupo IV: son sles que provienen de un ácido y un se déiles. En este cso se produce l hidrólisis simultáne del ctión y del nión, produciendo l se y ácido déil respectivmente. El p de l solución depende de los vlores de ls constntes de disocición de l se déil y del ácido. Repso Nº 3
- Si l se y el ácido poseen l mism fuerz, el ctión y el nión se hidrolizrán en igul mgnitud, generndo igul número de protones y de oxhidrilos, por lo tnto l solución resultnte será neutr. Si = entonces l solución es neutr Ejemplo: Acetto de monio Ac, = 1,8 10-5 y = 1,8 10-5 - Si el nión proviene de un especie más déil que el ctión, se producirá un hidrólisis más pronuncid del nión, generándose en el seno de l solución un myor cntidd de - por lo que el p será myor que 7. Si < entonces l solución es lclin Ejemplo: cinuro de monio N, = 1,8 10-5 y = 7, 10-10 c- Si el ctión proviene de un especie más déil que el nión, se producirá un hidrólisis más pronuncid del ctión, generándose en el seno de l solución un myor cntidd de protones por lo que el p será menor que 7. Ejemplo: formito de monio OO, = 1,8 10-5 y = 1,7 10-1.. Grdo de hidrólisis [] Si > entonces l solución es ácid Es l relción que existe entre l concentrción molr del ácido o l se formd durnte l hidrólisis y l concentrción molr de l sl de l que proviene. A veces se emple el porcentje de hidrólisis que se define como el grdo de hidrólisis multiplicdo por cien. Ejemplo: lculr el grdo de hidrólisis de un solución 0,1000M de N. Anteriormente se clculó l concentrción de [ - ] = 0,1138 10 - M N O N De l rección de hidrólisis se desprende que por cd mol de - se form tmién un mol de N, entonces [ - ] = [N], por lo tnto reemplzndo en l expresión de grdo de hidrólisis N S 0,113810 0,1000 M M 0,01138 y % 1,138% Repso Nº 33
. Soluciones reguldors de p Son soluciones que tienen l propiedd de resistir los cmios ruscos de p frente l gregdo de cntiddes moderds de ácidos o ses fuertes. Ests soluciones están compuests por un ácido déil y su sl o por un se déil y su sl. Ejemplos: Ac + NAc + l 3 + O3 - O3 - + O3-3PO + PO PO + PO Tmién se ls conoce jo el nomre de soluciones mortigudors, uffer o tmpón..1 Solución reguldor de se déil con su sl con nión proveniente de un ácido fuerte: 5 3 1,8 10 l l En l solución l [ + ] en equilirio está dd fundmentlmente por l concentrción que proviene de l disocición de l sl (l) y l llmremos s, y que por efecto del ión común podemos desprecir l cntidd que proviene de l disocición de l se (). En cunto l concentrción de [] en el equilirio se l consider igul l originl, pues se despreci lo que pudo herse disocido y l llmremos. Por lo tnto reemplzndo en l expresión de l constnte de disocición. s 1,8 10 5 [ ]. Solución reguldor de ácido déil con su sl con ctión proveniente de un se fuerte: Ac NAc N O Ac 3 5 3O Ac entonces 1,8 10 Ac Ac Aplicndo un criterio similr l nterior puedo escriir: [Ac - ] = s y [Ac] = s 1,8 10 5 [ ] s Repso Nº 3
3- Prolems de plicción 1. lculr el p de un solución de ácido cético 0,8000 M. ( = 1,8 10-5 ) Rt.:,.. lculr el p de un solución 0,5000 M de cetto de sodio. ( = 1,8 10-5 ) Rt.: 9,. 3. lculr l [ + ] y el p de un solución que contiene Ac 0,8000 M y NAc 0,5000M. ( = 1,8 10-5 )Rt.: [ + ] =,88 10-5 M, p =,5.. Pr que l concentrción de protones del prolem nterior se hg 10 veces más grnde, cuál deerí ser l [NAc]? Rt.: [NAc]: 0,05 M 5. Qué ms de NAc se dee gregr un litro de Ac 0,000 M pr reducir l [ + ] l quint prte de su vlor originl? Rt.: 0,78 gr de NAc. 6. ómo se podrí prepr un solución de Ac + NAc cuyo p se 5,00? Rt.: se necesitn 1 mol de Ac por cd 1,8 moles de NAc. 7. ompletr los csilleros vcíos del siguiente cudro: Sustnci s (M) [ + ] (M) [ - ] (M) p % ) Benzoto de sodio 6,10-5 --- 0,05 ) Nitrito de sodio 10 - --- 0,0 c) loruro de monio --- 1,810-5 0,16 1,310-8 Rt.: [ + ]: ) 3,58x10-9 M, ) 1,1x10-8 M, c) 7,69x10-7 M [ - ]: ),79x10-6 M, ) 7,07x10-7 M p: ) 8,5 ) 7,85 c) 6,11 %: ) 5,58x10-3, ) 3,5x10-3, c),81x10-8. lculr el p de un solución otenid mezclndo 100,00 ml de NAc 0,000 M y 100,00 ml de l 0,000 M. Es un solución reguldor? Rt.: 3,38. 9. uál es el p de un solución otenid mezclndo 00,00 ml de 1,0000 M con 6,000 g de l y llevndo todo un volumen finl de 1500,00 ml de gu? Rt.: 9,55.. Prolems dicionles 1. lculr el p de un solución compuest por Ac 0,0M + NAc 19 g/l. Rt.:,81.. lculr el p de un solución otenid gregndo 500,00 ml de 0,1000M, 3,0000 g de l sólido (desprecir el volumen de éste último). Rt.: 9,0. 3. lculr l constnte de disocición del ácido fórmico si se se que un solución 0,000 M de formito de potsio tiene un p de 8,6. Rt.: =,010 -.. lculr l concentrción en grmos por litro de un solución de NN si el p de l mism es 8,5 ( = 7,10-10 ). Rt.: 1,1110-5 g/l. Repso Nº 35
5. lculr [ + ], [ - ], p, grdo de hidrólisis y % de hidrólisis de ls siguientes soluciones: ) cetto de potsio 0,1000M, = 1,810-5 ) cloruro de monio l 0,1000 M, = 1,810-5 c) cinuro de sodio NN 0,0100 M, = 7,10-5 Respuests Solución [ + ] (M) [ - ] (M) p p % () 1,310-9 7,510-6 8,87 5,13 7,510-5 7,510-3 () 7,510-6 1,310-9 5,13 8,87 7,510-5 7,510-3 (c) 8,9x10-9 1,18x10-6 8,07 5,93 1,18x10-1,18x10-6. Un solución de cetto de sodio tiene un vlor de p igul 9,00. lculr l concentrción de l sl en grmos por litro ( = 1,810-5 ). Rt.: 1,76 g/l. uestionrio 1. Enumere ls diferentes forms en que se puede expresr l concentrción de un solución.. Defin ls uniddes de molridd, normlidd y ppm. 3. Defin hidrólisis de un sl. lsifique ls sles según su efecto sore el p de l solución.. Predig si el p de ls siguientes soluciones será ácido, neutro o lclino: ) cetto de sodio; ) nitrto de potsio; c) formito de sodio; d)enzoto de potsio; e) romuro de potsio; f) nitrto de luminio; g) cloruro de rio y h) nitrto de ismuto. 5. uál de ls siguientes soluciones tiene p más lto? Solución oncentrción molr (M) Ácido fórmico 10-0,000 Ácido cético 1,810-5 0,000 Ácido perclórico --- 0,000 6. Defin solución mortigudor. uáles son los componentes de un solución mortigudor? BIBLIOGRAFIA 1. Skoog, D.A., West, D.M. y oller, F.J., Químic Anlític, McGrw-ill, Méjico, 1995. Skoog, D.A., West, D.M. y oller, F.J., Fundmentos de Químic Anlític, Reverté, 1996. Repso Nº 36