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Química · Unidad 11 — Ácidos y bases

Ácidos y bases débiles: Ka y Kb

Un ácido débil no te dice cuánto H+ hay: hay que sacárselo a la constante. Ese rodeo por Ka es lo único que separa un ejercicio de dos renglones de uno de seis.

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La explicación

Débil quiere decir incompleto

Un ácido débil, en agua, se disocia en parte. Queda molécula entera y quedan iones, conviviendo, y por eso se escribe con doble flecha: es un equilibrio de verdad.

HA ⇌ H⁺ + A⁻   ⇒   Ka = [H⁺]·[A⁻] / [HA]

El valor de Ka mide hasta dónde llega esa disociación. Cuanto más grande, más disociado, más fuerte el ácido. Los ácidos del curso andan entre 10⁻³ y 10⁻¹⁰, o sea muy metidos del lado del reactivo: casi todo el ácido queda entero.

Para las bases débiles es igual, con el agua del otro lado:

B + H2O ⇌ BH⁺ + OH⁻   ⇒   Kb = [BH⁺]·[OH⁻] / [B]

Fuerte y concentrado no son lo mismo

Son dos preguntas distintas sobre la misma solución: fuerte es qué fracción se disocia, y concentrado es cuánto soluto hay. Un ácido débil bien concentrado puede tener más H⁺ que uno fuerte muy diluido, y eso no lo vuelve fuerte. La confusión aparece en casi todos los parciales y se resuelve preguntándose siempre cuál de las dos cosas está en juego.

El procedimiento, con la aproximación que lo hace corto

Si se disocia una cantidad x, al equilibrio hay x de H⁺, x de A⁻ y (C − x) de HA. Reemplazando:

Ka = x² / (C − x)

Resolver eso exacto es una cuadrática. Pero como el ácido es débil, x es chiquito frente a C, y restarlo casi no cambia nada:

Ka ≈ x² / C   ⇒   [H⁺] = x ≈ √(Ka · C)
1. Multiplicá Ka por la concentración inicial C.
2. Sacale la raíz cuadrada: eso es [H⁺].
3. pH = −log[H⁺].
4. Control de la aproximación: calculá x/C. Si da menos de 5 %, la aproximación era válida. Si da más, hay que resolver la cuadrática.

El paso 4 es el que la hace honesta. Ese cociente, por cien, es además el porcentaje de disociación, un número que los enunciados piden seguido.

Ka, Kb y el par conjugado

Un ácido y su base conjugada no tienen constantes independientes: están atadas por Kw.

Ka · Kb = Kw = 1,0 × 10⁻¹⁴   (a 25 °C)

La lectura de esa igualdad es la frase que conviene tener guardada: cuanto más fuerte el ácido, más débil su base conjugada. Llevado al extremo, la base conjugada de un ácido fuerte es tan débil que no hace nada, y por eso el NaCl da solución neutra mientras que el CH3COONa da solución básica.

Como con el pH, a veces se escriben en escala logarítmica: pKa = −log Ka. Un pKa chico es un ácido fuerte.

Un ejercicio resuelto, paso a paso

Un ácido débil HA tiene Ka = 1,0×10⁻⁴. Se prepara una solución 0,10 M a 25 °C. a) Calculá [H+] (con dos cifras significativas). b) Calculá el pH (con un decimal). c) Calculá el porcentaje de disociación y decidí si la aproximación era válida. d) Calculá el Kb de su base conjugada A−.

a) La concentración de H+. Como es débil, no se puede leer del enunciado: hay que pasar por el equilibrio. Con la aproximación x ≪ C:

[H⁺] ≈ √(Ka · C) = √(1,0×10⁻⁴ · 0,10) = √(1,0×10⁻⁵) = 3,2 × 10⁻³ M

Para sacar esa raíz sin calculadora conviene escribir el radicando con exponente par: 1,0×10⁻⁵ = 10×10⁻⁶, y la raíz de 10⁻⁶ es 10⁻³, mientras que la de 10 es 3,16.

b) El pH.

pH = −log(3,2 × 10⁻³) = 2,5
Control. Si el ácido fuera fuerte, 0,10 M daría pH 1. Nos dio 2,5, más alto: hay menos H⁺ que si se disociara todo, que es justo lo que significa ser débil. ✔

c) El porcentaje de disociación. Es la fracción del ácido que soltó el protón:

α = [H⁺] / C · 100 = (3,2×10⁻³ / 0,10) · 100 = 3,2 %

Está por debajo del 5 %, así que haber despreciado x frente a C era legítimo. Si hubiera dado 20 %, este mismo resultado estaría mal y habría que resolver la cuadrática.

d) El Kb de la conjugada. No se calcula de cero: sale de la relación con Kw.

Kb = Kw / Ka = (1,0×10⁻¹⁴) / (1,0×10⁻⁴) = 1,0 × 10⁻¹⁰

Un número chiquísimo, y tiene sentido: el A⁻ es la conjugada de un ácido que no era de los más débiles, así que como base sirve poco.

Dónde se cae la mayoría

Hasta acá la explicación. La práctica es la otra mitad: 7 ejercicios de este tema, en cuatro niveles, que no te dicen sólo si está bien al final sino que te corrigen en cada paso y te explican por qué. Además trae una animación que muestra la idea en movimiento.

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