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¿Qué son las valoraciones ácido-base?
Cuando a una determinada cantidad de una disolución de un ácido se le añade una cantidad de disolución de una base sea equivalente se llega al punto de equivalencia, o sea, que el número de equivalentes de ácido es igual al número de equivalentes de base.
En el caso de una reacción de neutralización entre un ácido fuerte y una base fuerte el punto de equivalencia corresponde a un pH=7, al igual que para la reacción entre un ácido debil y una base debil, con las constantes de disociación iguales.
En cualquier otro caso el pH de equivalencia queda determinado por la hidrólisis.
Llamamos valoración de una disolución al hecho de determinar exactamente la concentración de la misma, y denominamos disolución valorada a una disolución cuya concentración se conoce exactamente.
Una valoración ácido-base (también denominada volumetría ácido-base, o de neutralización) consiste en determinar la concentración de una disolución de un ácido mediante una disolución valorada de una base o viceversa.
En el punto de equivalencia se tiene que cumplir:
NAH·VAH = NB·VA
Veamos los posibles casos que se presentan cuando realizamos una valoración:
Valoración de un ácido fuerte con una base fuerte
Si observamos los valores obtenidos que están representados en la tabla adjunta y realizamos una representación gráfica de los mismos, podemos observar que el pH aumenta muy lentamente al comienzo de la valoración y sufre un brusco incremento en la proximidades del punto de equivalencia de modo que, pasado este, el pH continua incrementandose cada vez con mayor lentitud. La no simetría de la curva se debe al efecto de la disolución.
Valoración de un ácido debil con una base fuerte
pH inicial: es el pH del ácido ya que todavía no hay base:
AH <–> A– + H+
Ka = [A–]·[H+]/[AH]
Considerando que [A–] = [H+] y que [AH] = Ca –[H+]
Ka = [H+]2/(Ca-[H+])
Como se trata de un ácido debil la concentración de protones será despreciable [H+] frente a la concentración inicial del ácido Ca
Ka = [H+]2/Ca [H+] = KaCa pH = ½·pKa – ½·log Ca
pH en el transcurso de la neutralización:
AH + BOH -> AB + H2O
Ka = [A–]·[H+]/[AH]
En este caso la [A–]≠[H+] y [AH]≈[Ca] ácido debil, y [A–]≈[Cs] concentración de sal
[H+] = Ka·[AH]/[A–] pH = pKa + log(Cs/Ca)
pH en el momento de la neutralización (punto de equivalencia). El ácido y la base se han neutralizado formandose la sal.
AB + H2O A– + B+ (hidrólisis del anión)
A– + H2O AH + OH–
Kh = Kw/Ka = [AH]·[OH–]/[A–] donde [AH]·= [OH–]
Kw/Ka = [OH–]2·[H+]2/[A–]·[H+]2 = Kw2/[A–]·[H+]2
[H+] = (Kw·Ka/[A–]) = (Kw·Ka/Cs) [A–] [Cs]
pH = 7 + ½·pKa + ½·log Cs
- valoración de un ácido fuerte con base debil
pH inicial:
BOH B+ + OH–
Kb = [B+]·[OH–]/[BOH]
Considerando que [B+] = [OH–] y que [BOH] = Cb –[OH–]
Ka = [OH–]2/(Cb-[OH–])
Como se trata de una base débil la concentración de hidroxilos será despreciable [OH–] frente a la concentración inicial de la base Cb
Kb = [OH–]2/Cb [OH–] = KbCb pOH = ½·pKb – ½·log Cb
pH = 14 – ½·pKb + ½·log Cb
pH en el transcurso de la neutralización:
BOH + AH AB + H2O
Kb = [B+]·[OH–]/[BOH]
En este caso la [BOH] [Cb] base debil, y [B+] [Cs] concentración de sal
pOH = pKb + log(Cs/Cb) pH = 14 – pKb – log(Cs/Cb)
pH en el momento de la neutralización (punto de equivalencia). El ácido y la base se han neutralizado formándose la sal.
AB + H2O A– + B+ (hidrólisis del catión)
B+ + H2O BOH + H+
Kh = Kw/Kb = [BOH]·[H+]/[B+] donde [BOH]·= [H+]
Kw/Kb = [H+]2/[B+] [H+] = (Kw·[B+]/Kb) [B+] [Cs]
pH = 7 – ½·pKb – ½·log Cs
Resumen
Resumiendo, se puede generalizar diciendo:
- en una neutralización ácido fuerte-base fuerte, el pH en el punto de equivalencia no depende de las concentraciones y tiene un valor de 7
- En una neutralización ácido débil-base fuerte, el pH en el punto de equivalencia depende de las concentraciones y será alcalino.
- En una neutralización ácido fuerte-base débil, el pH en el punto de equivalencia depende de las concentraciones y será ácido.
