Equilibrios ácido-base y pH
Este bloque evalúa el cálculo y la interpretación de equilibrios en disolución acuosa: identificar pares conjugados, calcular el pH de ácidos y bases fuertes o débiles, predecir el carácter ácido o básico de una sal por hidrólisis, diseñar disoluciones amortiguadoras y elegir indicadores en volumetrías.
Fuerza ácida y cálculo de pH
- Ácido fuerte: disociación total, [H₃O⁺] = c y pH = −log c.
- Ácido débil: Ka = [H₃O⁺][A⁻]/[HA]; si c/Ka > 100 puede usarse [H₃O⁺] ≈ √(Ka·c).
- A 25 °C, Kw = [H₃O⁺][OH⁻] = 1,0·10⁻¹⁴, de modo que pH + pOH = 14.
- Para un par conjugado, Ka·Kb = Kw; un ácido débil tiene base conjugada apreciablemente básica.
Sales y amortiguadoras
- Sal de ácido débil y base fuerte (acetato sódico) → disolución básica; sal de ácido fuerte y base débil (cloruro amónico) → ácida; sal de ambos fuertes → neutra.
- Amortiguadora: mezcla de ácido débil y su base conjugada en proporciones comparables; pH = pKa + log([base]/[ácido]).
- En la valoración de un ácido débil con base fuerte, el pH en el punto de equivalencia es mayor que 7 por la hidrólisis del anión; la fenolftaleína es un indicador adecuado, el naranja de metilo no.
Ejemplo resuelto
Calcula el pH y el grado de disociación de CH₃COOH 0,10 mol/L con Ka = 1,8·10⁻⁵. Sea x = [H₃O⁺]: 1,8·10⁻⁵ = x²/(0,10 − x). Como c/Ka = 5,6·10³ > 100, se desprecia x: x = √(1,8·10⁻⁶) = 1,34·10⁻³ mol/L, pH = 2,87 y α = 1,34·10⁻³/0,10 = 1,3 %. Obsérvese que el pH está muy por encima del que daría −log 0,10 = 1,00.
Errores que cuestan puntos
Aplicar pH = −log c a un ácido débil; no comprobar la aproximación c/Ka > 100; confundir pKa con pH; suponer pH 7 en todas las equivalencias; y elegir un indicador cuyo intervalo no contenga el pH del punto de equivalencia.