pH y pKa son parámetros de solución importantes en muchas áreas de la química, incluidos los cálculos que implican equilibrios ácido-base. El pH es la medida universal de acidez, definida como el logaritmo negativo, a la base 10, de la "concentración de iones de hidrógeno" de una solución, y se expresa como: pH = -log [H3O +]. Los paréntesis denotan concentración y el signo "+" denota la carga del ion hidrógeno. pKa es el logaritmo negativo, a la base 10, de la "constante de disociación" de un ácido débil. Por ejemplo, la disociación de un ácido débil "HA" se escribe: Ka = [H3O +] [A-] /[HA], donde A- es la "base conjugada" del ácido. Por lo tanto, pKa = -log Ka. Cada ácido débil tiene un valor de pKa único. Use la ecuación de Henderson-Hasselbalch para calcular el pH de una solución tampón, que es una solución de un ácido débil y su base conjugada, cuando se conoce el pKa del ácido. Esta ecuación se expresa: pH = pKa + log ([base] /[ácido]).

Supongamos que tiene una solución tampón que se preparó añadiendo 25,0 ml de una solución de hidróxido de sodio 0,1 M (NaOH) a 75,0 ml de una solución 0,1 M de ácido acético (CH3COOH), donde "M" indica la concentración molar. Tenga en cuenta que el ácido acético reacciona con NaOH para formar la base conjugada, CH3C00H-, de la siguiente manera: CH3COOH + NaOH = CH3C00- + Na + H20. Para calcular el pH, es necesario calcular las cantidades de ácido y base conjugada en la solución tampón después de la reacción.

Calcule los moles iniciales de base y ácido en la solución tampón. Por ejemplo, moles de NaOH = 25,0 ml x 0,1 mol /litro x 1 litro /1000 ml = 0,0025 moles; moles de CH3COOH = 75.0 ml x 0.10 mol /litro x 1 litro /1000 ml = 0.0075 moles.

Tenga en cuenta que, al mezclar las soluciones, el CH3COOH consume los iones OH- (hidroxilo) asociados con el NaOH, de modo que lo que queda es 0.0050 moles de CH3COOH (ácido), 0.0025 moles de CH3COO- (base) y 0 moles de OH-.

Sustituye el pKa del ácido (4.74 por ácido acético) y el ácido y concentraciones de base en la ecuación de Henderson-Hasselbalch para calcular el pH de la solución tampón. Por ejemplo, pH = 4.74 + log (0.0025 /0.005) = 4.74 + log 0.5 = 4.44.

Consejo

A diferencia de los ácidos fuertes, los ácidos débiles no se ionizan por completo en la solución. En cambio, se establece un equilibrio entre el ácido sintetizado, el ion hidrógeno y la base conjugada. Los valores de pKa están disponibles en libros de texto de química, otra literatura química y de recursos en línea. Los tampones están formulados específicamente para una gran cantidad de aplicaciones industriales y de otro tipo en las que el pH debe mantenerse dentro de los límites preestablecidos.