Apoy 6 Ec Charlot H H 2010 II 11388

 

QUÍMICA ANALÍTICA I Documento de apoyo (6): C álculo de dell pH de siste si stema mass mono monodo donad nador ore es conj conjug ugad ados os ni nive velad lados os y no-n no-nii velad velados. os. E cuaci cuación ón d de e C har harlot lot y reducci reducción ón p poli olinom nomii al con base base a la L Le ey de diluci diluci ón de Ostwald Ostwald..

Dr. Alejandro Baeza. Semestre 2010-II.  ________________________________________________________  ____________________________ ____________________________________________ ________________

P lantea lanteami miento ento de dell si stem stema ae en n estudi estudio o  Si  Sist ste emas nive nivela lad dos: Solvo ácidos: Se mezclan el monodonador solvoácido monoprótico nivelado

FHX

La solución se forma según los procesos I y II: -

+

HX   X  + H   + H2O = H   + OH Al equilibrio se cumple el balance de masa, la Kw de disociación del agua y el  balance de electroneutralidad: -

FHX = Co = [X ] + [H ] = [OH ] + [X ] Solvo bases: Se mezclan el monodonador solvoácido monoprótico nivelado

FMOH

La solución se forma según los procesos p rocesos I y II: +

-

MOH  M  + OH   + H2O = H   + OH

 

  Al equilibrio se cumple el balance de masa, la Kw de disociación del agua y el  balance de electroneutralidad: +

FMOH = Co = [M ] + + [M ] + [H ] = [OH ]

 Si  Sist ste emas no no-nive -nivela lad dos: Se mezclan el monodonador solvoácido monoprótico de un par y su no-solvobase conjugada:

FHA

F NaA

La solución se forma según los procesos p rocesos I y II: HA = A- + H+  Co (1-α) (1-α) αCo αCo  αCo  +

-

 NaA  Na  + A   A  + H2O = HA + OH + H2O = H   + OH Al equilibrio se cumple el balance de masa, la Ka de disociación y el balance de electroneutralidad: -

FHA + F NaA = Co = [HA] + [A ] +



 

= +

  −  +

-

-

[Na ] + [H ] = [OH ] + [A ]

 _______________________________________________________  ____________________________ _____________________________________________ __________________ En la sección siguiente se muestran las ecuaciones generales derivadas de los  balances de electroneutralidad, de masa, de las Ka, Kb y Kw, así como las condiciones de dilución (Ley de dilución de Ostwald*) que permiten reducir sendos polinomios para el cálculo del pH. * lim α = 1  

Co

0

 

 

R E SUME N ácid ido os:  pH  pH

FHA = Co ¿pH?

es nivelado

= -log

[H + ]

   − −

E cua cuación ción  general  gene

+ 2

- 

+

ap aprr oxima oxi maciones ciones al cálculo

es no nivelado

E cua cuación ción  general:  gene E c. Charlo Charlott

log Co < -6

log Co > -6

  +

 pH  pH

+

+

+

 -log Co

≈

  −   −−−  +

=

= 0 

 

ap aprr oxima oxi maciones ciones al cálculo

  ≥  − ≤    ≤ ≤    ≤ − 2

2 

HA está  fuerte  fue rtem mente nte disociado 

1 

“ácido

 pH  pH

fuerte” 

-log -log Co

HA está moderadamente moderadamente disociado 

1 

”  “ácido de fuerza media media”

−    −

HA está

+

débilmente débil mente disociado 

+

=

 pH  pH

“ácido

+

= -log

 

[H + ]

débil” 

   +

=

+

 

   + 2

=

 

  −    

 

 

 

RE SUME N B ases:  pH  pH

FNaA = Co ¿pH?

es nivelada

= -log

[H + ]

   − − + 2

E cua cuación ción  gene  gen eral

+

+

ap aprr oxima oxi maciones ciones al cálculo

es no nivelada E cua cuación ción  general:  gene E c. Charlo Charlott

log Co < -6

 pH  pH

log Co > -6

  +

  −   −−−  +

=

= 0 

+

+

+

 pK w = pK a + pK  b = 14 

  ≥  − ≤    ≤ ≤    ≤ − 2 

Co

≈ 

 

ap aprr oxima oxi maciones ciones al cálculo

2

+ log

A-  está

1 

“base

 fuerte  fue rtem mente nte

 pH  pH

fuerte” 

hidrolizante 

≈ 

+ log

Co

A-  está moderadamente moderadamente hidrolizante 

1 

“base de fuerza

media” 

 −− −   −       −   −  

A-  está

débilmente

+

hidrolizante 

“base

=

 

+

+

débil” 

 

=

+

   −     +

=

 

+

+

=

 

 pH  pH

   + 2

=

 

= -log

[H + ]

       

 

+

+

 

 

R E SUM E N pa parr co conjuga njugad do :

FHA = HACo, FNaA = ACo, ¿pH?  

+

E cuación cuación gene generr al: E c. Charlot  Charlot  

−        −        − − +

+

=

+

+

+

 

≈  −    ≈   

+

 

 

         =

aproximaciones al cálculo

+

+

2 < pK a < 12 

 

=

E cuaci cuaci ón de de H ender nder son-H asselba asselbalch lch

 pKa < 2 

E cuaci cuaci ón de de “buffer ácido”  

 pKa > 12 

 Ecuación de “buffer alcalino”  

−          − −       −   +

+

=

+

+

+

 

=

+

 

   −      −         −   +

+

=

+

+

 

+

=

+

+

=

+

+

 

+

+

+

 

 

 

RESUMEN anfolito:

FNaHA = HACo, ¿pH?

E cuación cuación gene generr al: E c. Charlot  Charlot  

     +

+

=

+

 

aproximaciones al cálculo

 pKa1+pKa2+pCo > pKa1 + pKw  pKa2 > pCo

  +

=

 

 

     =

+

 

 

 

B i blilio ogr afí a de de apoyo yo::

1.0

J. N. Butler “Solubility and pH Calculations”  Calculations”  Addison-Wesley Publishing Company, Inc. 1964.

2.0

Richard W. Remette “Equilibrio y Análisis Químico”  Químico”  Fondo Educativo Interamericano. 1983.

3.0

Alfred Martin “Physical Pharmacy” Pharmacy”  Fourth Edition Lea & Febiger, Philadelphia, London. 1993.

4.0

Alejandro Baeza “Química Analítica. Expresión Gráfica de las Reacciones Químicas”  Químicas”   S. y G. Editores. 2006.

5.0

Ma. del Pilar Cañizares, Georgina A. Duarte “Fundamentos de Química Analítica”  Analítica”  Facultad de Química. UNAM. 2007.

 _______________________________________________________  ____________________________ ______________________________________________ ___________________