deber de fisica: septiembre 2015

ADICIÓN DE ÁCIDOS O BASES A DISOLUCIONES AMORTIGUADORAS

Una solución buffer o tampón o amortiguadora es una mezcla de un ácido débil y una base débil, la cual se puede obtener mezclando un ácido débil con una de sus sales correspondientes, “tampón ácido”, puesto que el anion del ácido es una base débil. También se puede preparar la solución amortiguadora mezclando una base débil con una de sus sales correspondientes “tampón básico”. El ácido débil reacciona con cual quien cantidad de OH- agregado, mientras que el papel de la base débil es consumir el H+ que pueda haberse introducido. Esto impide que se perturbe en mayor grado el equilibrio:

Resultado de imagen para ADICION DE ACIDOS O BASES A DISOLUCIONES AMORTIGUADORAS

H2O H+ + OH- y del cual dependa el PH mayor de la solución.

El efecto amortiguador de estas soluciones se presenta cuando se les agrega pequeñas cantidades de ácidos fuertes o bases fuertes. El responsable de este efecto es una o más reacciones que ocurren dentro del sistema y en las cuales se consume casi totalmente el ácido o base agregados. Esta reacción puede determinarse fácilmente sobre la base del equilibrio que predomina en el sistema aplicando el teorema de Chatelier y teniendo en cuenta que siempre que un ácido esta en presencia de dos bases reacciona con aquella que produzca la sustancia más estable o que posee la menor constante de disociación y lo mismo puede decirse si se trata de una base en presencia de dos ácidos

Las soluciones amortiguadoras son importantes en nuestros procesos vitales el Ph de los jugos gástricos ayudan a la digestión de los alimentos se mantienen entre 1.6 - 1.7 mediante la acción amortiguadora. La saliva se mantiene a un PH de 8.0. La sangre mantiene con mucha exactitud entre los limites del Ph normal de 7.3 y 7.5 por un sistema complejo de soluciones amortiguadoras

SOLUCIONES AMORTIGUADORAS Y CONTROL DEL pH

Las soluciones que resisten cambios de pH son llamadas soluciones amortiguadoras,tampones o simplemente buffer.

En este modulo revisaremos los principios básicos del funcionamiento, composición y propiedades de una solución amortiguadora. Para comprender fácilmente esta materia debes dominar los conceptos del equilibrio-iónico (teorías ácido-base) y el principio de Le Chatelier.

Un tampón o buffer es una o varias sustancias químicas que afectan a la concentración de los iones de hidrógeno (o hidronios) en el agua. Siendo que pH no significa otra cosa que potencial de hidrogeniones (o peso de hidrógeno), un "buffer" (o "amortiguador") lo que hace es regular el pH

Soluciones amortiguadoras

Las soluciones amortiguadoras, también conocidas como muelles buffer o tampón, son disoluciones que están compuestas por el ion común de un ácido débil o una base débil y el mismo ion común en una sal conjugada, ambos componentes deben de estar presentes.

También se dice que una solución es amortiguadora, reguladora o tampón si la [H+], es decir el pH de una solución no se ve afectada significativamente por la adición de pequeñas cantidades o volúmenes de ácidos y bases..

Composición

Los buffers consisten en sales hidrolíticamente activas que se disuelven en el agua. Los iones de estas sales se combinan con ácidos y álcalis. Estas sales hidrolíticamente activas son los productos que resultan de la reacción entre los ácidos débiles y los álcalis fuertes como el carbonato de calcio (a partir del ácido carbónico e hidróxido de calcio) o entre ácidos fuertes y álcalis débiles como el cloruro de amonio .

RELACIÓN ENTRE LA SOLUBILIDAD Y EL VALOR DE K

Imaginemos que tenemos un recipiente con 1 litro de agua y vamos agregando cloruro sódico, sal común, de forma que se va disolviendo:

NaCl_(s) → Na⁺_(aq) + Cl^–_(aq)

Seguimos añadiendo y añadiendo sal y agitando hasta que llega un momento en el que la disolución es incapaz de disolver más sal y esta empieza a depositarse en el fondo del recipiente como sólido, fenómeno que recibe el nombre de precipitación. Se dice, además, que se trata de una disolución saturada.

Es decir, una disolución saturada es aquella que no puede disolver más cantidad de un determinado soluto.

La máxima cantidad de una sal que se puede disolver en un litro de un disolvente, generalmente agua, se denomina solubilidad, y depende de la sal que estemos disolviendo. Se suele indicar en gramos/Litro (g/L) o en molaridad (mol/L). Por ejemplo, en agua y a 25ºC:Es decir, una disolución saturada es aquella que no puede disolver más cantidad de un determinado soluto.

La máxima cantidad de una sal que se puede disolver en un litro de un disolvente, generalmente agua, se denomina solubilidad, y depende de la sal que estemos disolviendo. Se suele indicar en gramos/Litro (g/L) o en molaridad (mol/L). Por ejemplo, en agua y a 25ºC:Solubilidad del NaCl: 359 g/L = 6,14M

Solubilidad del AgCl: 0,0052 g/L = 3,63·10^-5 aunque el valor de s y K_s para una sal no son lo mismo, conociendo uno se puede calcular el otro. Así:

Cuando se disuelve 1 mol de A_nB_m, se forman n moles de A^m+ y m moles de B^n-. Cuando se disuelven s moles, es decir, el valor de la solubilidad de la sal, se forman sn moles de A^m+ y sm moles de B^n-. Así, el producto de solubilidad será:

CONSTANTE DEL PRODUCTO DE SOLUBILIDAD

El producto de solubilidad (Kps) de un compuesto ionico es el producto de las concentraciones molares (de equilibrio) de los iones constituyentes, cada una elevada a la potencia del coeficiente estequiométrico en la ecuación de equilibrio.

En general, para una reacción química del tipo:

AaBb(s) → aA+ + bB

la constante del producto de solubilidad es:

Kps(AaBb) = [A+]a∙[B-]b

La constante del producto de solubilidad de un compuesto depende de la temperatura. El valor de Kps indica la solubilidad de un compuesto iónico, es decir, cuanto menor sea su valor menos soluble será el compuesto.

Tabla de productos de solubilidad
Compuesto	Fórmula	Temperatura	K_ps	Fuente (leyenda más abajo)
Hidróxido de aluminio anhídro	Al(OH)₃	20 °C	1.9×10^–33	L
Hidróxido de aluminio anhidro	Al(OH)₃	25 °C	3×10^–34	w₁
Hidróxido de aluminio trihidrato	Al(OH)₃.3H₂O	20 °C	4×10^–13	C
Hidróxido de aluminio trihidrato	Al(OH)₃.3H₂O	25 °C	3.7×10^–13	C
Fosfato de aluminio	AlPO₄	25 °C	9.84×10^–21	w₁

DISOLUCIONES ACUOSAS NEUTRAS, ÁCIDAS Y BÁSICAS

Cuando un ácido neutraliza una base, el componente iónico formado se llama sal. Las sales en solución pueden ser neutras, ácidas o básicas, dependiendo de las propiedades ácido-base de los cationes y aniones constituyentes de las bases. Como regla general, las sales formadas por reacción de un ácido fuerte y una base fuerte son neutras, las sales formadas por reacción de un ácido fuerte y base débil son ácidas y las sales formadas por reacción de un ácido débil con una base fuerte son básicas:

Sales de ácido y base fuerte

Consideremos la reacción de neutralización del ácido clorhídrico (ácido fuerte) con soluciones acuosas de hidróxido de sodio para dar agua y una solución acuosa de cloruro sódico:

$HCl (aq) + NaOH (aq) --> H_2O (l) + NaCl (aq)$

Debido a que el $HCl$ , $NaOH$ , y el $NaCl (aq)$ están completamente disociados, la reacción neta de neutralización es: $H_3O^+ (aq) + OH^- (aq) \rightleftharpoons 2H_2O (l)$

Si se mezclan igual número de moles de $HCl (aq)$ y $NaOH (aq)$ , las concentraciones de los iones hidronios $H_3O^+$ e iones hidróxido $OH^-$ que permanecen en la disolución después de la de neutralización será la misma que la del agua pura, $[H_3O^+]=[OH^-]= 1.0 x 10^-7 M$ . En otras palabras la reacción del $HCl$ con el $NaOH$ procede hacia la derecha en la ecuación de neutralización para realizarse de forma completa.

Debido a que la reacción de neutralización de un ácido fuerte con una base fuerte es la reversa de la disociación del agua su constante de equilibrio $K_n$ (n de neutralización), es la reciproca del producto iónico del agua ( $K_w$ 9: