Reacciones ácido-base y equilibrio iónico
Se evalúan cálculos de pH de ácidos y bases fuertes y débiles, la hidrólisis de sales, las disoluciones reguladoras y las valoraciones con indicador. La clave es no perder de vista que se trabaja con equilibrios y que casi todos los datos son aproximados.
Fundamentos
Según Brønsted-Lowry, ácido es quien cede protones y base quien los acepta, formando un par conjugado. A 25 °C, Kw = [H₃O⁺][OH⁻] = 1,0·10⁻¹⁴, de modo que pH + pOH = 14. Para un par conjugado se cumple Ka·Kb = Kw, es decir, pKa + pKb = 14: cuanto más fuerte es un ácido, más débil es su base conjugada. Los ácidos y bases fuertes se disocian por completo; los débiles, no.
Ácidos y bases débiles
Con α < 5 % puede usarse [H₃O⁺] ≈ √(Ka·c). Si α es mayor, hay que resolver la ecuación de segundo grado. El grado de disociación es α = [H₃O⁺]/c₀.
Hidrólisis de sales
Sal de ácido fuerte y base fuerte (NaCl): neutra. Sal de ácido débil y base fuerte (acetato de sodio): básica, porque el anión hidroliza. Sal de ácido fuerte y base débil (cloruro de amonio): ácida. Sal de ácido débil y base débil (acetato de amonio): prácticamente neutra, porque Ka y Kb son similares.
Disoluciones reguladoras y valoraciones
Una reguladora contiene un ácido débil y su base conjugada en concentraciones comparables; se describe con pH = pKa + log([base]/[ácido]). En la valoración, en el punto de equivalencia se cumple c₁V₁/n₁ = c₂V₂/n₂, y el indicador debe virar dentro del salto de pH.
Ejemplo resuelto
Calcula el pH de una disolución 0,10 M de ácido acético, Ka = 1,8·10⁻⁵. Con la aproximación: x = √(1,8·10⁻⁵ · 0,10) = √(1,8·10⁻⁶) = 1,34·10⁻³ M, luego pH = −log(1,34·10⁻³) = 2,87 y α = 1,3 %, válida la aproximación. Compárese con HCl 0,10 M, cuyo pH es 1,00: el ácido débil está muy poco disociado.
Errores que cuestan puntos
Aplicar la fórmula aproximada sin comprobar que α < 5 %; olvidar la autoionización del agua en disoluciones muy diluidas; confundir Ka con la concentración inicial; predecir mal el carácter ácido o básico de una sal; elegir un indicador cuyo intervalo no cubra el pH de equivalencia; redondear el pH antes de terminar el cálculo.