Hoy vimos el último tema antes de terminar la cursada: Soluciones reguladoras.
Una solución reguladora es aquella que evita que haya variaciones importantes en el pH cuando se agregan pequeñas cantidades de un ácido o una base fuerte.
En esencia para que una solución regule el pH debe estar formada por un
ácido débil y una sal que contenga a la base conjugada de ese ácido débil (por ejemplo ácido acético y acetato de sodio CH3COOH / CH3COONa). También podría estar formado por
una base débil y una sal que contenga al ácido conjugado de esa base débil (por ejemplo amoníaco y cloruro de amonio NH3 /
NH4Cl).
Las disociaciones del sistema de una solución reguladora serán (ejemplo para el CH3COOH / CH3COONa)
CH3COOH + H2O <------> CH3COO- + H3O
CH3COONa --------------> CH3COO- + Na+
Es importante destacar que el ácido débil está poco disociado (recordá que los valores de Ka son chiquitos lo que da un indicio que en el equilibrio "casi todo" está como reactivo y por lo tanto la concentración de CH3COOH es mucho mayor que la de CH3COO-. Entonces, como la reacción de disociación de la sal es completa, la principal fuente de base conjugada (CH3COO-) es el CH3COONa.
Con estos supuestos se considera que la concentración del ácido (
ca) es la concentración inicial (es decir se supone que el CH3COOH no se disocia) y que la concentración de la base (
cb) es lo que se puso inicialmente de sal (porque de acuerdo a la estequiometría de la reacción si se ponen x moles de CH3COONa, se obtendrán x moles de CH3COO-).
Entonces, teniendo en cuenta estos supuestos se puede calcular el pH de un buffer aplicando la fórmula de Henderson-Hasselbalch:
pH = pKa + log cb/ca
donde cb es la concentración de la base y ca es concentración del ácido.
Para que una solución tenga buenas propiedades reguladoras debe cumplir algunas condiciones: 1) Las concentraciones del par ácido/base conjugada o base/ácido congujada deben estar comprendidas entre 0,05 y 1 molar.2) La relación cb/ca debe estar comprendida entre 0,1 y 10
De esta forma si la relación cb/ca es 0,1 la ecuación de Henderson-Hasselbalch toma la forma:
pH = pKa -1
y si la relación es cb/ca es 10 la ecuación de Henderson-Hasselbalch toma la forma:
pH = pKa +1
Por lo tanto una solución reguladora tiene un intervalo de valores de pH para los cuales "regula bien".
pKa -1 < pH < pKa +1
Por ejemplo para una solución reguladora de CH3COOH / CH3COONa con un pKa de 4,74 se deduce que regulará bien a pH entre 3,74 (pKa -1) y 5,74 (pKa +1).
Por último estudiamos qué sucede al agregar una pequeña cantidad de ácido o base fuerte a una solución reguladora. En ese caso hay que analizar qué especie de la solución reguladora reaccionará con los H3O+ u OH- agregados.
CH3COOH + H2O <------> CH3COO- + H3O
CH3COONa --------------> CH3COO- + Na+
Se tendrá una determinada relación cb/ca que junto al pKa producirán un pH "inicial"
Si se agrega un ácido fuerte se estarán agregando H3O+. ¿Qué especie de la solución reguladora que reaccionará con los H3O+ (ácido conjugado del H2O)? La respuesta es que la base de la solución reguladora reaccionará con los H3O. Entonces en la solución reguladora:
CH3COOH + H2O <------> CH3COO- + H3O
CH3COONa --------------> CH3COO- + Na+
será la base conjugada CH3COO- quien reaccionará con los H3O+. La siguiente es la ecuación representa como actúa el sistema para amortiguar el agregado de un ácido fuerte:
CH3COO- + H3O+ --------> CH3COOH + H2O
Para los cálculos numéricos hay que tener en cuenta que se consume base conjugada y se produce más ácido débil por lo tanto cambiará la relación
cb/ca y por lo tanto se tendrá otro pH.
Para ejemplificar el tipo de cálculo por el agregado de ácido o bases fuertes hicimos el ejercicio 10.65.
Además en clase hicimos los ejercicios: 10.54, 10.56, 10.58, 10.62, 10.67 y 10.69.
Esperamos tus comentarios.