3 QUIMICA Schaum

282 CAPÍTULO 17 ÁCIDOS Y BASES
DISOLUCIONES REGULADORAS E INDICADORES
Hay ciertas condiciones en las cuales una disolución resiste los cambios de pH. Por ejemplo, si el agua destilada (o
desionizada) es totalmente neutra al producirla, tiene pH = 7.00. Sin embargo, si esa agua se guarda en recipientes que
dejan entrar la mínima cantidad de aire, el pH del agua “pura” baja hacia la región ácida. No es raro que el agua pura
que se utiliza en los laboratorios tenga un pH de 6.0. Si fuera posible tratar el agua de modo que se pudiera neutralizar
el H + que se produce cuando el CO 2 se disuelve y reacciona, entonces el pH del agua permanecería en 7.00 o muy
cerca. El CO 2 y el H 2 O reaccionan de la siguiente manera; el H + termina en la disolución:
CO 2 (g) H 2 O(l) H 2 CO 3 (ac) y H 2 CO 3 (ac) H (ac) HCO 3 (ac)
Una disolución reguladora (disolución amortiguadora) es aquella que se resiste a cambiar su pH cuando se le
agregan pequeñas cantidades de ácido o base. Esa disolución contiene cantidades relativamente grandes de un ácido
débil (o una base débil) y también de su sal fuerte (una sal que se ionice muy bien). Si se agrega una pequeña cantidad
de un ácido (o una base) fuerte a la disolución reguladora, la mayor parte del H + (o el OH − ) adicionado se combinará
con una cantidad equivalente de la base (o ácido) débil de la disolución reguladora para formar el ácido (o la base)
conjugado de esa base (o ácido) débil. Como resultado, las concentraciones de ion hidrógeno e hidróxido en la disolución
cambian muy poco.
Todo par de ácido y base débil se puede emplear para preparar una disolución reguladora, siempre que cada uno
pueda formar su base o ácido conjugado en disolución acuosa.
EJEMPLO 1 Un caso especialmente sencillo y común de la disolución reguladora es uno en el que el ácido débil y la base débil
son conjugados entre sí. Se podría seleccionar el ácido acético como ácido débil, y el ion acetato sería entonces la base débil. Como
se necesitan cantidades relativamente grandes de cada uno, no sería posible utilizar sólo una disolución del ácido, porque el equilibrio
de ionización favorece en gran medida al ácido. Sin embargo, se puede preparar una disolución reguladora de ácido acéticoacetato
con los métodos siguientes:
1. Disolviendo una cantidad relativamente grande de ácido acético y de sal de acetato en agua. La sal debe ser una sal fuerte, una
que se ionice en gran medida, si no es que por completo. El CH 3 CO 2 Na y el CH 3 CO 2 K son buenas opciones de sales, porque
son sales fuertes, se ionizan por completo y son poco costosas (una característica importante).
2. Disolviendo una gran cantidad de ácido acético en agua. Neutralizar parcialmente el ácido agregando una base fuerte, como
NaOH. La cantidad de acetato formado será equivalente a la cantidad de base fuerte agregada. La cantidad de ácido acético que
quede en disolución será la cantidad inicial menos la cantidad que se convirtió en acetato.
3. Disolviendo una cantidad relativamente grande de una sal de acetato en agua, de preferencia que sea una sal fuerte. Neutralizar
parcialmente el acetato agregando algo de ácido fuerte, como HCl. La cantidad de ácido acético que se forme será equivalente
a la cantidad de ácido fuerte que se agregue. La cantidad de ion acetato que quede en disolución será la cantidad inicial menos
la cantidad convertida en ácido acético.
Es posible seleccionar la relación de ácido acético a acetato en disolución para tener una [H + ] o un pH adecuados en la disolución
reguladora. En general, la relación se mantiene entre los límites de 10 y 0.1. Si se examina la reacción en equilibrio para este
sistema y el cálculo correspondiente de K a :
CH H
3CO 2H
CH 3CO
2
K a [H ][ CH 3CO
2 ]
se reorganiza como [H [ CH 3CO 2H
] K a
[ CH
[ CH
3CO 2H
3CO
2 ]
La ecuación anterior se puede expresar en forma general:
[H ] K a
[ácido]
[base conjugada]
Se obtienen los logaritmos de la ecuación (17-10) y se invierten los signos para llegar a la siguiente forma:
pH pK a log [base]
[ácido]
(17-10)
Se usa un indicador para tener una señal visual del pH de una disolución. Al igual que una disolución reguladora,
es un par conjugado ácido-base; sin embargo, los indicadores se utilizan en cantidades tan pequeñas (un par de gotas)