Química · Unidad 11 — Ácidos y bases
Soluciones amortiguadoras e indicadores
Una amortiguadora no impide que el pH cambie: hace que cambie poquito. Y el indicador es el que traduce ese pH a un color que se puede ver.
La explicación
Qué hay adentro de una amortiguadora
Una solución amortiguadora —también llamada buffer o reguladora— es una mezcla de un ácido débil y su base conjugada, los dos presentes en cantidades comparables. Por ejemplo, ácido acético y acetato de sodio en el mismo vaso.
La clave es que estén los dos. El ácido solo no amortigua, y su sal sola tampoco: hace falta uno de cada lado del par.
Por qué funciona
La mezcla tiene una reserva de cada cosa, y cada reserva atiende a un tipo de agresión:
- Si entra ácido, la base conjugada A⁻ se come los H⁺ y se convierte en HA.
- Si entra base, el ácido HA se come los OH⁻ y se convierte en A⁻.
En los dos casos el intruso se transforma en un integrante del par en vez de quedar libre. Lo que cambia no es el pH sino la proporción entre las dos formas, y el pH depende de esa proporción de manera logarítmica, que es una manera suave.
Por eso hay un límite: si se agrega tanto ácido que se agota el A⁻, el buffer deja de amortiguar y el pH se desploma. A esa reserva se la llama capacidad de la amortiguadora.
La ecuación de Henderson-Hasselbalch
Tres lecturas que valen más que la fórmula:
2. Si hay diez veces más base, el log da 1 y el pH sube una unidad sobre el pKa.
3. Si hay diez veces más ácido, el log da −1 y el pH baja una unidad.
De ahí sale la zona útil: una amortiguadora sirve aproximadamente entre pKa − 1 y pKa + 1. Fuera de esa franja una de las dos reservas ya está casi agotada. Y por eso elegir el buffer es elegir el par: para regular a pH 5 hay que buscar un ácido de pKa cercano a 5, no ajustar cualquiera.
Como en la fórmula aparece un cociente, se puede usar con moles en vez de concentraciones siempre que las dos estén en el mismo volumen: el volumen se cancela. Eso ahorra un paso en los ejercicios de agregado.
El efecto del ion común
Agregarle acetato a una solución de ácido acético corre el equilibrio hacia la izquierda y baja la disociación del ácido. Es Le Chatelier aplicado a un ion que ya estaba: por eso el pH de una amortiguadora no se calcula con √(Ka·C) como en el tema anterior, sino con Henderson-Hasselbalch.
Indicadores
Un indicador ácido-base es, él mismo, un ácido débil cuya forma protonada y cuya forma desprotonada tienen colores distintos. Cuál predomina depende del pH, así que el color es una lectura del pH.
El cambio no es abrupto: ocurre en una franja de aproximadamente dos unidades alrededor del pKa del indicador, llamada intervalo de viraje.
Elegir un indicador para una valoración es elegir el que vira donde está el punto final. Con ácido fuerte y base fuerte el punto de equivalencia cae en pH 7 y sirve el azul de bromotimol; con un ácido débil y una base fuerte, en cambio, la sal que queda es básica y el punto de equivalencia está por encima de 7, así que va la fenolftaleína.
Se prepara 1,00 L de solución con 0,10 mol de un ácido débil HA y 0,10 mol de su sal NaA. El ácido tiene Ka = 1,0×10⁻⁵. a) Calculá el pH. b) ¿Cuánto A− haría falta, por litro, para llevar el pH a 6 manteniendo [HA] = 0,050 M? c) ¿Serviría este par para preparar una amortiguadora de pH 9?
a) El pH de la mezcla. Primero el pKa, que es lo que la ecuación usa:
Las dos especies están en la misma cantidad, 0,10 mol de cada una, así que el cociente vale 1:
Un buffer equimolar tiene pH igual al pKa, siempre. No hace falta ni el volumen ni sacar cuentas de disociación: el volumen se cancela dentro del cociente.
b) Subir una unidad. Queremos pH 6 con pKa 5, o sea una unidad por encima:
Hace falta diez veces más base conjugada que ácido. Con [HA] = 0,050 M:
Fijate que subir una sola unidad de pH costó un factor diez en la proporción. Ésa es la resistencia del buffer, vista desde el otro lado.
c) A pH 9, no. La zona útil de este par va de pKa − 1 a pKa + 1, o sea de 4 a 6. Para llegar a 9 haría falta un cociente de 10⁴: por cada molécula de HA, diez mil de A⁻. Con tan poco ácido no queda reserva para neutralizar bases, y el pH se iría a la primera gota. Para pH 9 hay que cambiar de par, buscando uno de pKa cercano a 9.
Dónde se cae la mayoría
- Dar vuelta la ecuación y poner el ácido arriba del cociente. Arriba va la base conjugada.
- Creer que una amortiguadora fija el pH en 7. Lo fija cerca del pKa del par, que rara vez es 7.
- Armar un buffer con un ácido fuerte y su sal. El Cl− no acepta protones, así que no hay reserva que amortigüe.
- Elegir el indicador sin mirar dónde cae el punto de equivalencia. Un indicador que vira lejos de ahí no avisa nada.
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.
Practicar Soluciones amortiguadoras e indicadores →Dónde entra este tema en el parcial
- Segundo parcial — Tres soluciones y un colchón25 puntos · resuelto paso a paso
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Ácidos y bases