Sustituyendo por los valores numéricos obtenemos:

0,012592

Cb = — ZJ- + 0,01259 = 0,430 M 3,80x10

Fuerza de un ácido y de su base conjugada Comparemos las fuerzas relativas de dos ácidos débiles como el HF y el HCN, mediante el

valor de sus constantes de acidez:

Ionización del HF:

HF + H 2 0 F" + H 3 0 + Ka = 6,31 x 10~4

Ionización del HCN:

HCN + H 2 0 CN" + H 3 0 + Ka = 4,80 x 10"10

Como Ka(HF) » Ka(HCN), el HF tiene mayor tendencia a ceder protones al agua que el HCN y por lo tanto el HF es un ácido más fuerte que el HCN:

Fuerza (HF) > Fuerza (HCN) Cuanto mayor es la tendencia de un ácido para desprenderse de un protón y formar su base

conjugada, menor será la tendencia de ésta para captarlo y la base será más débil. Podemos decir entonces que el ion CN" es una base más fuerte que el ion F":

Fuerza (CN') > Fuerza (F") Concluimos que cuanto más fuerte es un ácido, más débil es su base conjugada y viceversa.

Estos hechos pueden expresarse cuantitativamente en función de las constantes de acidez (Ka) de un ácido genérico HA y de basicidad (Kb) de su base conjugada A", de la siguiente manera:

Consideremos una solución acuosa del ácido débil HA, cuya base conjugada es A", en la que ocurren simultáneamente los equilibrios:

_ [ A ~ ] x [H 3Q+ ] HA + H , 0 í± A" + H 3 0 + K a - f ^ X l

HoO HA OH" Kb = [HA] x [OH"]

[A" ]

Los iones F~ y CN' son las bases conjugadas del HF y dei HCN res-pectivamente.

Acidos v Bases 439

Para un ácido fuerte como el HCI, que se ioniza casi completamente en agua, su base conjugada cr, es tan débil que prácticamente no tiene comportamiento básico en agua.

Ka y Kb son las constantes de acidez y basicidad del ácido y de su base conjugada. Si suma-mos miembro a miembro estas dos ecuaciones, cancelando HA y A - obtenemos:

H 2 0 + H 2 0 H 3 0 + + OH"

Esta ecuación representa el equilibrio de la autoionización del agua. Si efectuamos el pro-ducto de las constantes de las dos primeras ecuaciones:

[ A - ] x [ H , 0 + ] [HA] x [OH"] + Ka x Kb = 1 3 1 - = [ H 3 0 + ] x [ 0 H ] [HA] [A"]

Es decir: Ka x Kb = Kw (8)

Esta expresión indica que las constantes de acidez y basicidad de un par ácido/base conju-gado son inversamente proporcionales, y que la fuerza del ácido y la de su base conjugada están en relación inversa (Ka = Kw/Kb). En otras palabras, cuanto más fuerte es un ácido, más débil es su base conjugada y viceversa.

Si aplicamos logaritmos a ambos miembros de la ecuación (8):

log Ka + log Kb = log Kw

Multiplicando por (-1) ambos miembros, obtenemos:

- log Ka + ( - log Kb) = - log Kw

pKa + pKb = pKw

Como a 25 °C es pKw = 14,0 resulta:

pKa + pKb = 14,0 (9)

Esta igualdad nos permite obtener fácilmente el valor a 25°C del pKa de un ácido, conoci-do el del pKb de su base conjugada y viceversa.

Ejemplo 12.9 La piridina (C5H5N) es una base débil cuya Kb =2,00 x 10"9. Calcular el valor de pKa para su ácido conjugado. Resolución De la ecuación (9) es pKa = 14,0 - pKb Como pKb = - log Kb = - log 2,00 x 10'9 = 8,70 y pKa = 14 - 8,7 = 5,30

pKa = 5,30

440 Capitulo ¡2

En la Tabla 12.6 se presentan los valores de pKa para algunos ácidos y de pKb de sus res-pectivas bases conjugadas, en orden decreciente de fuerza ácida.

ÁCIDO pKa BASE CONJUGADA pKb

C2H3OCOOH 2,55 C2H3OCOO" 11,45

HF 3,20 F" 10,8

QH5CQOH 4,20 C 6H5COO" 9,80

CH3CQOH 4,74 CH3COQ" 9,26

CH3CH2COOH 4,85 CH3CH2COO" 9,15

H2CO3 6,35 HC03" 7,65

H2S 7,04 HS" 6,96

HCIO 7,51 CIO" 6,49

NH4+ 9,26 NH3 4,74

HCN 9,32 CN" 4,68

HCO3" 10,3 CO32- 3,70

Tabla 12.6: Valores de pKa y pKb de ácidos y sus bases conjugadas

Comportamiento ácido-base de las sales Hemos visto que los ácidos, las bases o las sales cuando se disuelven en agua se disocian

produciendo iones. La disolución de un ácido produce iones oxonio (H30+) y la solución es ácida, mientras que

una base genera iones hidróxido (OH-) y la solución es básica. Si el soluto disuelto es una sal, la acidez o basicidad de la solución resultante dependerá de

la interacción con el agua de los iones que ésta produce. En consecuencia el comportamiento ácido-base de las soluciones salinas depende de los cationes y aniones presentes.

• • Los cationes que son ácidos conjugados de bases débiles como NH4+ o CH3NH3

+, tie-nen carácter ácido ya que pueden ceder un protón al agua. Por ejemplo:

NH4+ + H2O NH3 + H3O+

Acidos v Bases 441

• Los cationes de metales alcalinos o alcalinotérreos como Li+, Na+, K+ , Mg2+, Ca2+, que pro-vienen de bases fuertes, prácticamente no reaccionan con el agua y por lo tanto, desde el punto de vista ácido-base, son neutros.

• Los aniones que provienen de la ionización de un ácido débil como, F", NO?", HCOO" o CO32" se comportan como bases ya que pueden captar protones del agua y formar iones OH" . Por ejemplo:

HCOO" + H , 0 HCOOH + OH"

• Los aniones que son bases conjugadas de un ácido fuerte, como Cl", 1", N03", C104", Br", son bases tan débiles que prácticamente no captan protones del agua y en consecuencia, desde el punto de vista ácido-base, son neutros.

Cuando se disuelve una sal en agua se disocia en iones cuya interacción con el agua permite establecer la acidez o basicidad de la solución.

• Si la sal está constituida por un catión y un anión neutros, como NaCl o KCIO4, la solución resultante es neutra y su pH es prácticamente igual a 7.

• Si la sal está constituida por un catión ácido y un anión neutro como NH4C1 o CH3NH3CI, la solución resultante es ácida y su pH es menor que 7.

• Si la sal está formada por un catión neutro y un anión básico como NaF o NaNO?, produce una solución alcalina cuyo pH es mayor que 7.

• Cuando la sal está compuesta por un catión ácido y un anión básico, como el NH4CN o NH4Ac, la solución puede ser ácida, básica o neutra, según la fuerza ácida del catión y la fuerza básica del anión. Es decir, la acidez o basicidad de la solución depende de los valo-res relativos de Ka y Kb del catión y del anión respectivamente. Por ejemplo, la solución de NH4CN origina los iones NH4+ cuya Ka es 5,50 x 10"10 y CN" cuya Kb es 2,08 x 10"5. Como Kb (CN") > Ka (NH4

+), la solución de NH4CN es básica y su pH mayor que 7.

5_SOLUCIONES REGULADORAS Consideremos una solución acuosa de ácido fluorhídrico HF. Corno es un ácido débil, cuan-

do se disuelve en agua se ioniza alcanzando el equilibrio:

HF + H , 0 ^ F" + H30+

E1 HF se ioniza en pequeña proporción, por lo que el ion F" formado, que es su base conju-gada, se halla en muy baja concentración. La especie predominante correspondiente al soluto

Algunos aniones hidrogenados como HS04', HS03~ o H2P04-, tienen carácter ácido ya que pue-den ceder un protón al agua.

442 Capitulo ¡2