Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
El pH de una solución que contiene un ácido puede determinarse utilizando su constante de disociación ácida y su concentración inicial. Si una solución contiene dos ácidos diferentes, entonces su pH puede determinarse usando uno de varios métodos dependiendo de la fuerza relativa de los ácidos y sus constantes de disociación.
Una mezcla de un ácido fuerte y un ácido débil
En una mezcla de un ácido fuerte y un ácido débil, el ácido fuerte se disocia completamente y se convierte en la fuente de casi todos los iones hidronio presentes en la solución. En contraste, el ácido débil muestra disociación parcial y produce una concentración insignificante de iones hidronio. La alta concentración de iones hidronio producida por el ácido fuerte reduce aún más la disociación del ácido débil. Esto sucede porque, según el principio de Le Chatelier, “cuando se altera un sistema químico en equilibrio, el sistema cambia en una dirección que minimiza la perturbación.”El exceso de iones hidronio producido por el ácido fuerte perturba el equilibrio, y por lo tanto la reacción procederá en la dirección inversa hasta que se establezca el equilibrio. Esto conduce a una disminución en la disociación del ácido débil. Debido a esta disminución, un pH de una mezcla de un ácido fuerte y uno débil puede ser calculado solamente a partir de la concentración del ácido fuerte. Por ejemplo, el pH de una mezcla con una concentración igual de ácido clorhídrico (HCl), un ácido fuerte, y ácido fórmico (HCHO2), un ácido débil, sólo puede determinarse a partir de la concentración de HCl. Si la concentración del HCl en la mezcla es de 0,0020 M, su pH puede calcularse de la siguiente manera.
Aquí, la concentración de iones hidronio producida por el HCHO2 y la autoionización del agua es insignificante y por lo tanto puede ser ignorada.
Mezcla de dos ácidos débiles con diferentes constantes de disociación
En una mezcla de dos ácidos débiles, el pH de una mezcla será determinado por el ácido más fuerte si su constante de disociación es significativamente mayor que el ácido más débil. Por ejemplo, en una mezcla con una concentración igual de ácido nitroso (HNO2) y ácido hipocloroso (HClO), el HNO2 será el principal determinante del pH de la mezcla, ya que su Ka (4,6 × 10−4) es aproximadamente 10.000 veces mayor que el Ka (2,9 × 10−8) de HClO. Según el principio de Le Chatelier, HClO muestra una disociación reducida en presencia de HNO2.
En una mezcla de un ácido fuerte y un ácido débil, el ácido fuerte se disocia completamente y aumenta significativamente la concentración de iones de hidronio, mientras que el ácido débil solo se disocia parcialmente. De manera similar, en una mezcla de dos ácidos débiles, el ácido que es relativamente más fuerte produce más iones de hidronio que el ácido más débil. En ambos casos, la disociación del ácido más débil se suprime cuando está en presencia de un ácido más fuerte.
El principio de Le Châtelier explica que la formación de iones de hidronio por el ácido más fuerte desplaza el equilibrio hacia los reactivos, reduciendo así la disociación del ácido débil. Por tanto, el pH de una mezcla de ácidos está determinado principalmente por la concentración del ácido más fuerte. Por ejemplo, en una mezcla que contiene ácido clorhídrico 0, 15 molar y ácido cianhídrico 0, 30 molar, el ácido clorhídrico, un ácido fuerte, produce una concentración de iones de hidronio de 0, 15 molar.
Por el contrario, el ácido cianhídrico, un ácido débil, solo se disocia parcialmente. La concentración de iones de hidronio producidos por el ácido cianhídrico se puede calcular a partir de su constante de disociación ácida, Ka, y una tabla ICE. La concentración inicial de iones de hidronio es igual a la concentración inicial de ácido clorhídrico, 0, 15 molar y la concentración inicial de iones de cianuro es cero.
El cambio en la concentración de iones de hidronio y de iones de cianuro se indica con una x. Como x es un número relativamente pequeño, 0, 30 menos x se puede aproximar a 0, 30 y 0, 15 más x se puede aproximar a 0, 15 utilizando la regla del 5 porciento. El Ka para el ácido cianhídrico es 4, 9 10⁻¹⁰, y es igual a la concentración de iones de hidronio multiplicada por la concentración de iones de cianuro dividida por la concentración de ácido cianhídrico.
Al sustituir los valores de la tabla ICE en la expresión de Ka, se obtiene la concentración de iones de hidronio producidos por el ácido cianhídrico, que es insignificante en comparación con la concentración de iones de hidronio producidos por el ácido clorhídrico. El pH se puede calcular tomando el logaritmo negativo de la concentración de los iones de hidronio:0, 15 molar. Por lo tanto, el pH de la mezcla está determinado únicamente por la concentración de ácido clorhídrico, el ácido fuerte.
De manera similar, el pH de una mezcla de dos ácidos débiles presentes en cantidades iguales estará determinado principalmente por la concentración del ácido relativamente más fuerte. Por ejemplo, en una mezcla de ácido fluorhídrico y ácido cianhídrico, el ácido fluorhídrico será el principal determinante del pH de la mezcla, ya que tiene un Ka de 3, 5 10⁻⁴, que es casi un millón de veces mayor que el Ka del ácido cianhídrico.
