¿Cómo controlar la acidez? ¡Sal de fruta por favor!

Dr. Roberto Prado Fiedler

Introducción El estómago secreta HCl como auxiliar de la digestión de los alimentos. Excesos en la comida o tensión originan hiperacidez, que es contrarrestada con antiácidos como la “leche de magnesia”. Ingestión excesiva de antiácido puede producir alcalosis. El control de la acidez y de la alcalosis sepuede lograr por medio de soluciones reguladoras.

El control de la ácidez es particularmente importante en bioprocesos, pero también es relevante para la solubilidad de los metales y sustancias ionizables.

Algunos ácidos, como CO2, son capaces de donar más de un hidronio y pueden comportarse como bases dependiendo del grado de acidez del medio.

Tópicos a tratar

El grado de ionizaciónHidrólisis (propiedades ácido base de soluciones de sales)Ácidos polipróticos.Concepto de buffer o tampónÁcidos y bases de Lewis.

Grado de ionización: ejemplo del ácido acético en solución acuosa

13,40,001

4,200,01

1,340,1

0,421,0

Grado de ionización%

Concentración molar

EL GRADO DE IONIZACIÓN

• Depende de la fuerza del ácido (de la base)

• Aumenta con el grado de dilución del ácido (de la base)

Hidrólisis

Es consecuencia de la existencia de ácidos débiles y bases débiles.La originan las bases conjugadas o los ácidos conjugados.No es fenómeno separado ni requiere de otros conceptos adicionales.

BC- + H2O HBC + OH- Kh= [HBC][OH-]/[BC-] (donde BC- es una base conjugada)

Obtención de la cte. de hidrólisis Kh

Kh= [HBC][OH-]/[BC-] x [H+]/[H+]Kh= [HBC][OH-] [H+]/[BC-][H+]Dado que [OH-] [H+] = Kw, reemplazando se tieneKh= [HBC] Kw/ [BC-][H+] y dado que

[HBC] / [BC-][H+] = 1/Ka

Siempre se tiene que Kh = Kw/Ka

Análogamente, en el caso de una base débilKh = Kw/Kb

Ácidos polipróticosSon los ácidos que pueden ceder más de un hidronioTratamiento de equilibrio se efectúa en etapasSus constantes se identifican como Ka1, Ka2, etc.Siempre es más facil extraerle el primer protón que el segundoEn consecuencia, Ka1> Ka2>…> KanCasi todo el hidronio proviene de la primera ionizaciónEn tanto los valores sucesivos de Ka difieran por 103

o más, se puede estimar el pH sólo a partir de Ka1

Efecto de la dilución sobre el pH

8,358,358,35HCO3- 1,0 M

4,744,744,74CH3COOH 1,0 M y NaCH3COO 1,0 M

3,372,872,37CH3COOH 1,0 M

2,001,000,00HCl 1,0 M

1:1001:10

pH después de diluir en proporción

pH inicialSOLUCIÓN

Efecto del ácido o base sobre el pH

7,046,977,00NH4CH3COO 0,10 M

4,834,664,74CH3COOH 0,10 M y NaCH3COO 0,10 M

3,792,002,87CH3COOH 0,10 M

1,050,951,00HCl 0,10 M

pH después de agregar

OH- 0,01 M

pH después de agregar H+

0,01 M

pH inicial

SOLUCION

Solución tampón o buffer

¿Qué es?– Es toda solución capaz de resistir cambios de pH

tanto cuando es diluida o cuando se le adiciona ácido o base.

¿Cómo está hecha?– Es una mezcla de un ácido débil y una de sus sales o

de una base débil y una de sus sales.

Equilibrio de una solución tampónTomando como ejemplo una solución 0,1 M de CH3COOH y 0,1 M de NaCH3COO y despreciando el aporte de hidronio por el agua se puede representar el equilibrio mediante:CH3COOH = H++ CH3COO- Ka= [H+]·[CH3COO-]

[CH3COOH]de donde [H+] = Ka [CH3COOH] /[CH3COO-]

En toda solución similar a esta, la dilución afectará de igual modo al ácido y a la sal, por lo que el pH dependerá del valor de Ka y del valor de la relación de concentraciones de los pares conjugados.

¿Cómo se selecciona un buffer o tampón?Para seleccionar se consideran los siguientes

factores:

El pH que se desea controlar (diferentes tampones generan diferentes pH)La capacidad del buffer para regular y los rangos de variación pH permisibles (Se debe determinar la relación de concentraciones de los componentes del tampón)Las posibles reacciones secundarias que pueda producir el tampón.

Ácidos y Bases de Lewis

Para que una sustancia sea un receptor de protones (base de Brønsted-Lowry) debe tener un par de electrones no compartido que enlace al protón

H+ + :O-H → H-O-HBase de Lewis es una sustancia que puededonar un par de electrones.Ácido de Lewis es una sustancia que puedeaceptar un par de electrones.

Ácidos y Bases de Lewis

BF3 + F- BF4-

BF3 + NH3 NH3BF3La definición de Lewis extiende el concepto de ácido-base a reacciones que no implican protonesPara evitar confusiones a las sustancias como el BF3 no se les llama solo ácido, sino “ácido de Lewis”Esta reacción es importante en el contexto de hidratación de los iones metálicos.

Fuentes de información adicionales

Brown et al. Química. La Ciencia Central. 9ª ed., pp. 634-644 y 648-651. Problemas 16.69 – 16.80 y 16.89 – 16.94.

Chang: Química 6ªed., pp. 601-619, 622-628 y 631-632; problemas 15.12 a 15.62 de pág. 637-638 y 15.69 a 15.80 de págs. 638.