calcular las concentraciones de equilibrio de ácidos Polipróticos
Los ácidos Polipróticos tienen equilibrios complejos debido a la presencia de múltiples especies en solución.
objetivos de aprendizaje
resolver problemas de equilibrio utilizando las aproximaciones apropiadas para ácidos polipróticos débiles y fuertes.,
conclusiones clave
puntos clave
- Los ácidos Polipróticos contienen múltiples protones ácidos que pueden disociarse secuencialmente del compuesto con constantes de disociación ácida únicas para cada protón.
- debido a la variedad de posibles especies iónicas en solución para cada ácido, calcular con precisión las concentraciones de diferentes especies en equilibrio puede ser muy complicado.
- ciertas simplificaciones pueden hacer los cálculos más fáciles; estas simplificaciones varían con el ácido específico y las condiciones de la solución.,
términos clave
- especie iónica: especie química con una carga residual; en equilibrios ácido-base, la carga resultante de la pérdida o adición de electrones de compuestos químicos
- equilibrio: el estado de una reacción en la que las velocidades de las reacciones hacia adelante y hacia atrás son las mismas
- ácidos polipróticos: un ácido con múltiples protones ácidos
un protón. La disociación del primer protón puede ser denotada como Ka1 y las constantes para las disociaciones sucesivas de protones como Ka2, etc., Los ácidos polipróticos comunes incluyen el ácido sulfúrico (H2SO4) y el ácido fosfórico (H3PO4).
al determinar las concentraciones de equilibrio para diferentes iones producidos por ácidos polipróticos, las ecuaciones pueden volverse complejas para dar cuenta de los diversos componentes., Para un ácido diprótico, por ejemplo, podemos calcular la disociación fraccional (alfa) de la especie HA– usando la siguiente ecuación compleja:
ecuación para encontrar la disociación fraccional de HA-: la concentración anterior se puede usar si se conoce el pH, así como las dos constantes de disociación ácida para cada paso de disociación; sin embargo, a menudo, los cálculos se pueden simplificar para los ácidos polipróticos.
podemos simplificar el problema, dependiendo del ácido poliprótico., Los siguientes ejemplos indican las matemáticas y simplificaciones para unos pocos ácidos polipróticos bajo condiciones específicas.
ácidos Dipróticos con un primer paso de disociación fuerte
como ya sabemos, el primer protón de ácido sulfúrico es fuertemente ácido y se disocia completamente en solución:
H2SO4 → H+ + HSO4–
Sin embargo, el segundo paso de disociación solo es débilmente ácido:
\text{HSO}_4^- \rightleftharpones \text{h}^+ + \text{so}_4^{2-} KA2 = 1.20×10-2 pka2 = 1.,92
debido a que la primera disociación es tan fuerte, podemos asumir que no hay H2SO4 medible en la solución, y los únicos cálculos de equilibrio que se deben realizar se refieren únicamente al segundo paso de disociación.
la Determinación de la Especie Predominante De pH y pKa
el ácido Fosfórico, H3PO4, tiene tres disociación pasos:
\text{H}_3\text{PO}dimm_4 \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{H}_2\text{PO}dimm_4^- pKa1 = 2.12
\text{H}_2\text{PO}Dimm_4^- \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{HPO}dimm_4^{2-} pKa2 = 7.,21
\text{HPO}_4^{2-} \rightleftharpones \text{H}^+ + \text{PO}_4^{3-} pKa3 = 12.67
a un pH igual al pKa para una disociación particular, las dos formas de la especie disociante están presentes en concentraciones iguales, debido a la siguiente observación matemática. Tomemos por ejemplo el segundo paso de disociación del ácido fosfórico, que tiene un pKa2 de 7.21:
\text{pK}_{\text{a}2}=-\text{log}\left(\frac{}{}\right)=7.21
\text{pH}=-\text{log}=7.,21
Por la propiedad de logaritmos, obtenemos lo siguiente:
\text{pH}-\text{pK}_{\text{a}2}=-\text{log}\left(\frac{}{}\right)=0
\frac{}{}=1
así, cuando pH = pKa2, tenemos la relación / = 1.00; en una solución casi neutral, H2PO4-y hpo42– están presentes en concentraciones iguales. Se encontrará muy poco H3PO4 no disociado o PO43 disociado, como se determina a través de ecuaciones similares con sus Ka dados.
las únicas especies de fosfato que necesitamos considerar cerca de pH = 7 son H2PO4 – y HPO42 -., Del mismo modo, en soluciones fuertemente ácidas cerca de pH = 3, las únicas especies que necesitamos considerar son H3PO4 y H2PO4–. Mientras los valores de pKa de las disociaciones sucesivas estén separados por tres o cuatro unidades (como casi siempre lo están), las cosas se simplifican. Solo necesitamos considerar el equilibrio entre las dos especies ácido/base predominantes, determinado por el pH de la solución.
ácido Fosfórico: La estructura química del ácido fosfórico indica que tiene tres protones ácidos.,
ácidos Dipróticos con un segundo paso de disociación muy débil
Cuando un ácido diprótico débil como el ácido carbónico, H2CO3, se disocia, la mayoría de los protones presentes provienen del primer paso de disociación:
\text{H}_2\text{CO}_3 \rightleftharpones \text{H}^+ + \text{HCO}_3^- pKa1 = 6.37
dado que la segunda constante de disociación es menor en cuatro órdenes de magnitud (Pka2 = 10.25 es mayor en cuatro unidades), la contribución de los iones de hidrógeno de la segunda disociación será de solo una diezmilésima como grande., En consecuencia, la segunda disociación tiene un efecto insignificante sobre la concentración total de H+ en solución, y puede ser ignorada.