REACCIONES ÁCIDO BASE EN DISOLUCIÓN ACUOSA ÁCIDOS POLIPRÓTICOS

Balances de Masa y Carga Los balances de masa y carga son expresiones matemáticas que nos ayudan a encontrar la concentración de los iones en disolución. Por ejemplo: Una disolución acuosa de NaNO3 de concentración 0,1 mol/L. NaNO3 Na+ (ac) + NO3 – (ac) B. M.: Ci = [Na+] = [NO3- ] = 0,1 n/L B. C.: [Na+] + [H+] = [NO3- ] + [OH -]

Fe(NO3)3 Fe3+ (ac) + 3 NO3– (ac) En el balance de masa se representan todas las especies solubles en disolución acuosa, excepto H+ y OH-. En el balance de carga se representan todos los iones solubles en disolución acuosa, incluyendo H+ y OH-. Otro ejemplo: Una disolución acuosa de Fe(NO3)3 de concentración 0,1 mol/L. Fe(NO3)3 Fe3+ (ac) + 3 NO3– (ac) B. M.: Ci = [Fe3+] = [NO3- ] = 0,1 n/L B. C.: 3[Fe3+] + [H+] = [NO3- ] + [OH -]

HF H+ (ac) + F – (ac) Otro ejemplo: Una disolución acuosa de HF de concentración 0,1 mol/L. HF H+ (ac) + F – (ac) B. M.: Ci = [HF] + [F - ] = 0,1 n/L B. C.: [H+] = [F - ] + [OH -]

ÁCIDOS POLIPRÓTICOS Un ácido monoprótico es aquel que posee un átomo de H ionizable, aunque su molécula posea más de un átomo de hidrógeno. CH3COOH H+ + CH3COO - [H+][CH3COO -] Ka = [CH3COOH]

Un ácido poliprótico es aquel que posee más de un átomo de H ionizable, aunque su molécula posea más de un átomo de hidrógeno. [H+][H2A -] Ka1 = H3A H+ + H2A - [H3A] [H+][HA 2-] Ka2 = H2A - H+ + HA 2- [H2A -] [H+][A 3-] Ka3 = HA 2- H+ + A 3- [HA 2-]

El ácido fosfórico, H3PO4, es un ácido triprótico, que se disocia según las siguientes ecuaciones: [H+][H2PO4 -] Ka1= = 7,1 x 10 -3 H3PO4 H+ + H2PO4- [H3PO4] [H+][HPO42-] Ka2= = 6,3 x 10 -8 H2PO4 - H+ + HPO42- [H2PO4-] [H+][PO43-] Ka3= = 4,2 x 10 -13 HPO42- H+ + PO43- [HPO42-]

Ejercicio El ácido sulfuroso, H2SO3, es un ácido débil cuyas contantes de ionización son Ka1 igual a 1,3 x 10-2 y Ka2 igual a 6,2 x 10-8. Calcule la [H+] y el pH para una disolución 0,1 mol/L de este ácido débil. Respuesta: Los equilibrios de disociación para este ácido débil son: [H+][HSO3 -] Ka1= = 1,3 x 10 -2 H2SO3 H+ + HSO3- [H2SO3] [H+][SO32-] Ka2= = 6,2 x 10 -8 HSO3 - H+ + SO32- [HSO3-]

Ci = [H2SO3] + [HSO3- ] + [SO32-] = 0,1 n/L Donde: B. M.: Ci = [H2SO3] + [HSO3- ] + [SO32-] = 0,1 n/L B. C.: [H+] = [HSO3- ] + 2 [SO32-] + [OH -] 1ª aproximación: [H+] >>> [OH -] 2ª aproximación: [HSO3-] >>> [SO32-] Por lo tanto, el balance de carga queda: B. C.: [H+] = [HSO3- ] + 2 [SO32-] + [OH -] [H+] = [HSO3- ]

Ci = [H2SO3] + [HSO3- ] + [SO32-] = 0,1 n/L Y el balance de masa queda: B. M.: Ci = [H2SO3] + [HSO3- ] + [SO32-] = 0,1 n/L Ci = [H2SO3] + [HSO3- ] = 0,1 n/L Despejando [H2SO3]: [H2SO3] = Ci - [HSO3-] Pero: [H+] = [HSO3- ] Por lo tanto: [H2SO3] = Ci - [H+]

[H+] = [HSO3- ] [H2SO3] = Ci - [H+] [H+][HSO3 -] [H+]2 Ka1 = = Entonces: [H+] = [HSO3- ] [H2SO3] = Ci - [H+] Reemplazando en Ka1: [H+][HSO3 -] [H+]2 Ka1 = = = 1,3 x 10 - 2 [H2SO3] Ci - [H+] Resolviendo para encontrar [H+]: [H+]2 + 1,3 x 10-2 [H+] – (1,3 x 10-2 x 0,1) = 0

Entonces, la [H+] es: [H+] = 3 x 10 -3 n/L pH = 1,5