Diagramas log C – pH

Zonas de predominio de las especies ácidas y sus bases

conjugadas en función del pH y la concentración de cada una de

las especies (Gráfico bidimensional).

Caso más simple: Ácido monoprótico HA

El ácido HA tiene 2 formas de presentarse, según el valor del

pH: el ácido y su base conjugada.

Ejemplo:

HF, predomina como tal a pH = 0

C = 0,1 M, log C = -1.

Diagrama: log [HF] - pH

C = 0,1 = [HF] + [F-] … (I)

C = [HF] [ 1 + (KA / [H+]) ]

Con esta expresión se halla los valores de [HF] a diferentes

valores del pH.

A pH = 0, [H+] = 1:

C = 0,1 = [HF] [ 1 + KA ]

⇒ 0,1 = [HF] [1 + 10-3,5], [HF] ~ 0,1.

Cuando predomina el ácido sin disociar, la base conjugada se

halla a una concentración muy pequeña (casi despreciable).

Diagrama log C – pH del Ácido fluorhídrico (HF)

0 2 4 6 8 10 12 14

HF F-

-2

-4

-6

-8

Diagrama log C – pH del Ácido sulfhídrico (H2S)

Caso de ácido diprótico:

H2S, predomina como tal a pH = 0; s.s. ~ 0,1 M

Diagrama: log [H2S] – pH

C = 0,1 = [H2S] + [HS-] + [S2-] … (I)

C = [H2S] [1 + (K1 / [H+]) + (K1 K2 / [H+]2)]

Con esta expresión se halla los valores de [H2S] a diferentes

valores del pH.

A pH = 0 ([H+] = 1):

En (I): C = 0,1 = [H2S] [1 + K1 + K1 K2 ]

⇒ 0,1 = [H2S] [1 + 10-7 + 10-22], de donde, [H2S] ~ 0,1.

¿Qué pasa con sus otras especies conjugadas?

Para construir la gráfica de la base conjugada de H2S, se

transforma la expresión (I) en función de [HS-]:

C = [HS-] [ ([H+] / K1) + 1 + (K2 / [H+]) ]

A pH = 0:

C = [HS-] [ ( 1 / K1 ) + 1 + ( K2 ) ]

= [HS-] [ ( 107 ) + 1 + (10-15

) ]

Por lo que, [HS-] ~ 0,1 / 107 ~ 10-8 M

Cuando predomina el ácido sin disociar, la base conjugada se

halla a una concentración muy pequeña (casi despreciable).

0 2 4 6 8 10 12 14

log C

H2S HS-

-2 S2-

-4

-6

-8

pH

ÁCIDOS MUY DILUIDOS

Cálculo del pH

Balance de masas: CA = [A-]

Balance de cargas: [H+] = [A-] + [OH-] … (α)

Los protones totales proceden del HA fuerte ([A-])

y del agua ([OH-])

En (α): [H+] = CA + KW / [H+], ecuación general para todos los

casos de ácidos fuertes.

Caso I:

CA >> KW/[H+] (Ácidos suficientemente concentrados)

[H+] = CA

pH = - log CA

Caso II:

CA << KW/[H+] (Ácidos muy diluidos)

[H+]2 = KW

pH = 7 (Sólo interviene el agua)

Caso III:

[H+]HA fuerte ~ [H+]H2O

La ecuación (α) no puede simplificarse.

[H+]2 - CA [H+] - KW = 0

pH es el resultado de la cuadrática.

BASES FUERTES MUY DILUIDAS

Cálculo del pH

Si la base no es muy diluida:

Balance de masas: [OH-] = [M+] = [MOH] = CB

Balance de cargas: [H+] + [M+] = [OH-]

Entonces:

[OH-] = CB + ( KW / [OH-] )… (ϐ)

Si: CB >> (KW/[OH-]) ⇒ [OH-] = CB (efecto del agua es

despreciable).

Si: CB << (KW/[OH-]) ⇒ [OH-] = 10 -7 (sólo hay efecto del

agua).

Si: CB ~ CAgua ⇒ No se puede simplificar la

cuadrática (ϐ)