Fuerza de un ácido y de su base conjugada
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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
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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
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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+
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• 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.
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