ejemplo: acido acético - k a = 1.8x10 -5 (a) calcular el ph y % de disociación de ácido acético...
Post on 23-Jan-2016
421 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Ejemplo: Acido acético - Ka = 1.8x10-5
(a) Calcular el pH y % de disociación de ácido acético 0.01 M
Exacto: pH = 3.38 % Diss. = 4.2%
Aproximado: pH = 3.37 % Diss. = 4.2%
(b) Calcular el pH y % de disociación de ácido acético 1x10-5 M
Exacto: pH = 5.15 % Diss. = 72%
Aproximado.: Resultado sin sentido
Regla general: Si % Dis. 5%, método aproximado es OK
Equilibrio de un acido-base conjugada
][][
][][][
OHHC
OHHCKH
b
aa
Considerada cuando tanto [HA] y [A-] se presentan en cantidades apreciables
Buffers
1 L1 L 1 L
H+
OH-
Agua pura
pH = 7
0.1 mol
HCl
H+
OH-
H+
H+
H+H+
H+
pH = 1 pH = 13
0.1 mol
NaOH OH-
H+
OH-
OH-
OH-
OH-
OH-
[H+] = 0.1 M [H+] = 10-7 M
[OH-] = 0.1 M[OH-] = 10-7 M
[H+] = 10-13 M
[OH-] = 10-13 M
Buffer: Resiste cambios en pH luego de la adición de pequeñas cantidades de ácido o base.
Conclusión: Agua pura NO es un buffer.
Para forman un buffer, una solución debe contener:
(1) Un ácido débil (HA) + su base conjugada (A-)
o
(2) Una base débil (B) + su ácido conjugado (BH+)
ejemplo HAc + NaAc
Ejemplo NHEjemplo NH33 + NH + NH44ClCl
Ecuación de Henderson-Hasselbalch.Adaptación de la ecuación de equilibrio de disociación de un ácido útil para calcular el pH de soluciones buffers.
HA H+ + A-
]HA[
]A[logpKpH a
HA H+ + A-
]HA[
]A[logpKpH a
Acido (HA) + base conjugada (A-)
BH+ H+ + B
]BH[
]B[logpKpH a
Base (B) + ácido conjugado (BH+)
Debe usarse pka,NO pkb
Ecuación General
]Acid[
]Base[logpKpH a
Ejemplo: HAc - Ka = 1.8x10-5
Considere 1 Litro de una solución que contieneHAc 1.0 M y NaAc 1.0 M.
(a) Calcule el pH y [H+] de la solución anterior.
pH = 4.75 [H+] = 1.8x10-5 M
(b) Calcule el pH de la solución anterior después de la adición de 0.10 mol de HCl.
pH = 4.66 [H+] = 2.2x10-5 M (20% aumento)
(c) Calcule el pH de la solución (a) después de la adición de 0.10 mol de NaOH.
pH = 4.84 [H+] = 1.45x10-5 M (20% disminución)
1 L1 L 1 L
pH = 4.75
0.1 mol
HCl
pH = 4.66 pH = 4.84
0.1 mol
NaOH
[H+] = 2.2x10-5 M [H+] = 1.8x10-5 M [H+] = 1.45x10-5 M
Base fisicoquímica de la acción buffer
1.0 M HAc/1.0 M Ac-
H+
OH-
HAc
Ac-
H+
HAc
HAcAc-Ac-
H+
OH-
HAc
HAc
H+
HAc
HAcAc-HAc
H+ + Ac- HAcBuffer contiene Ac-,el cual remueve los Protones Adicionados, H+
H+
OH-
Ac-
Ac-
H+
Ac-
HAcAc-Ac-
HAc + OH- Ac- + H2OBuffer contiene HAc,el cual remueve losOH- adicionados
Efectividad de un buffer para resistir cambios en el pH luego de la adición de una base (o ácido) se evalúa por su capacidad buffer ():
Δ(pH)
Δ[Base]β
En forma aproximada es el # de moles de base (o ácido) que puede Ser agregado a 1 L de solución para obtener un cambio de 1 unidad de pH (una disminución en [H+] por un factor de 10)
Capacidad Buffer ()
23.2
OH K
]O[HKCβ
3a
3aUna ecuación más exacta es:
C = concentración total del buffer, concentraciones molares del ácido y la base
3 4 5 60.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
Buf
fer
Cap
acity
pH
Capacidad buffer y su dependencia del pHBuffer HAc 1M /NaAc 1M (pKa = 4.75)
pH
pKa 1.15
pKa0.5 0.84
pKa1.0 0.38
pKa1.5 0.14
pKa2.0 0.05
Conclusiones: (1) A Buffer más efectivo cuando pH = pKa
(2) Rango buffer útil es aproximadamente pH = pKa1
1 L
Preparar un buffer con un acido y su base conjugada, se puede empezar por:
(A) El ácido puro y luego agregar base fuerte (ej. NaOH)
1 L
HAc
HAcHAc
HAc
HAc
HAc
HAc 2M
1 mol
NaOH
HAc + OH- Ac- + H2O
Inicial: 2 mol 1 mol 0 mol
Cambio: -1 mol -1 mol +1 mol
Final: 1 mol 0 mol 1 mol
HAc
Ac-HAc
HAc
Ac-
Ac-
HAc 1M / Ac- 1M
1 L 1 L
Ac-
Ac-Ac-
Ac-
Ac-
Ac-
NaAc 2M
1 mol
HCl
H+ + Ac- HAc
Inicial: 1 mol 2 mol 0 mol
Cambio: -1 mol -1 mol +1 mol
Final: 0 mol 1 mol 1 mol
HAc
Ac-HAc
HAc
Ac-
Ac-
HAc 1M / Ac- 1M
(B) La base pura y luego agrgar un ácido fuerte (ej. HCl)(B) La base pura y luego agrgar un ácido fuerte (ej. HCl)
El pH mayoría de fluidos biológicos varía de 7.2 a 7.4. Buffers El pH mayoría de fluidos biológicos varía de 7.2 a 7.4. Buffers necesarios para mantener pH en este rango.necesarios para mantener pH en este rango.
C NH2HOH2C
CH2OH
CH2OH
tris(hidroximetil)aminometano
(1) Tris / HCl(1) Tris / HCl
TrisH+ H+ + Tris
pKa = 8.1
][TrisH
[Tris]log8.1pH
(2) NaH(2) NaH22POPO44 / K / K22HPOHPO44 buffer fosfato (Sörensen) buffer fosfato (Sörensen)
H2PO4- H+ + HPO4
2-
pKa = 7.2
]PO[H
][HPOlog7.2pH
-42
-24
Rango útil: 7.1 < pH < 9.1Rango útil: 7.1 < pH < 9.1
Rango útil: 6.2 < pH < 8.2
Buffer preferidoBuffer preferido
Acidos dipróticosHH22A A H H++ + HA + HA-- 2H 2H++ + A + A2-2-
KKaa’’ KKaa’’’’
Generalmente, KGeneralmente, Kaa’’ << K’’ << Kaa’ : HA’ : HA-- unido más fuerte al protón que unido más fuerte al protón que
HH22A neutro.A neutro.
Acido carbónicoAcido carbónico HH22COCO33 H H++ + HCO + HCO33-- 2H 2H++ + CO + CO33
2-2-
KKaa’ = 4.2x10’ = 4.2x10-7-7 KKaa’’ = 4.8x10’’ = 4.8x10-11-11
pKpKaa’ = 6.38’ = 6.38 pKpKaa’’ = 10.32’’ = 10.32
Solución exacta del sistema require la determinación de 5 conc:Solución exacta del sistema require la determinación de 5 conc:
(a) H(a) H22COCO33 , (b) HCO , (b) HCO33-- , (c) CO , (c) CO33
2-2- , (d) H , (d) H++ , (e) OH , (e) OH--
Solución de 5 ecuaciones: 3 equilibrios + balance masa + balance carga.Solución de 5 ecuaciones: 3 equilibrios + balance masa + balance carga.
H2CO3 H+ + HCO3- 2H+ + CO3
2-
Ka’ = 4.2x10-7 Ka’’ = 4.8x10-11
pKa’ = 6.38 pKa’’ = 10.32
Simplificaciones
Ka’ >> Ka’’ Kb’’ >> Kb’yDebido a que:
H2CO3 - Considera solo: H2CO3 H+ + HCO3-
Na2CO3 - Considera solo: CO32- + H2O HCO3
- + OH-
H2CO3 H+ + HCO3- 2H+ + CO3
2-
Ka’ = 4.2x10-7 Ka’’ = 4.8x10-11
pKa’ = 6.38 pKa’’ = 10.32
HCOHCO33-- is anfotérico (anfiprótico): is anfotérico (anfiprótico): puede donar opuede donar o
aceptar Haceptar H++..
Para una solución que solo contiene HCOPara una solución que solo contiene HCO33-- (e.g. 0.1 M NaHCO (e.g. 0.1 M NaHCO33),),
se puede demostrar que: se puede demostrar que: pH = ½(pK pH = ½(pKaa’ + pK’ + pKaa’’)’’)
Ejemplo cuál es el pH de KHCOEjemplo cuál es el pH de KHCO3 3 0.5M0.5M? pH = 8.35
H2A H+ + HA- 2H+ + A2-
pKa’ pKa’’
Solo HA-: pH = ½(pKa’ + pKa’’)
Si pH < ½(pKa’ + pKa’’): la solución contiene H2A y HA-.
Si pH > ½(pKa’ + pKa’’): la solución contiene HA- y A2-.
A][H
][HAlog'pKpH
2
-
a
][HA
][Alog''pKpH
-
-2
a
Acidos tripróticos: Acido fosfórico
H3PO4 H2PO4- HPO4
2- PO43-
-H+ -H+ -H+
pKa’ = 2.12 pKa’’ = 7.21 pKa’’’ = 12.32
Ejemplos:
(a) 0.50 M NaH2PO4
(b) 0.20 M K2HPO4
(c) Una solución contiene 50% H3PO4 y 50% H2PO4-
(d) Una solución contiene 50% HPO42- y 50% PO4
3-
pH = 4.67
pH = 9.77
pH = 2.12
pH = 12.32
Titulación de ácido monopróticos
0
No. Equiv. OH-
pH
7
pH
100%
50%
0%
HA H+ + A-
pKa
A
pKa
A
HA A-
Pt. No. Equiv. especies pH
B B
A 0.5 50% HA / 50% A- pKa
B 1.0 100% A- >7 A- Hidrólisis
Titulación de ácidos dipróticos
0
No. Equiv. OH-
pH
7
pH
100%
50%
0%
H2A H+ + HA- 2H+ + A2-
pKa’
Pt. No. Equiv. especies pH H2CO3
A 0.5 50% H2A / 50% HA- pKa’ 6.38
B 1.0 100% HA- ½(pKa’+pKa’’) 8.35
HA-
pKa’’
C 1.5 50% HA- / 50% A2- pKa’’ 10.32
D 2.0 100% A2- >7 >10.32
H2CO3 H+ + HCO3- 2H+ + CO3
2-
6.38 10.32
B BA AC CD D
H2A A2-
Hidrólisis
top related