Cómo calcular el pH de un ácido débil

Calcular el pH de un ácido débil es un poco más complicado que determinar el pH de un ácido fuerte porque los ácidos débiles no se disocian completamente en el agua. Afortunadamente, la fórmula para calcular el pH es simple. Esto es lo que haces..

Conclusiones clave: pH de un ácido débil

• Encontrar el pH de un ácido débil es un poco más complicado que encontrar el pH de un ácido fuerte porque el ácido no se disocia completamente en sus iones.
• La ecuación de pH sigue siendo la misma (pH = -log [H⁺]), pero debe usar la constante de disociación ácida (K_un) para encontrar [H⁺].
• Hay dos métodos principales para resolver la concentración de iones de hidrógeno. Uno involucra la ecuación cuadrática. El otro supone que el ácido débil apenas se disocia en agua y se aproxima al pH. El que elijas dependerá de qué tan precisa necesites que sea la respuesta. Para la tarea, use la ecuación cuadrática. Para una estimación rápida en el laboratorio, use la aproximación.

pH de un problema ácido débil

¿Cuál es el pH de una solución de ácido benzoico 0.01 M?

Dado: ácido benzoico K_un= 6.5 x 10^{-5 5}

Solución

El ácido benzoico se disocia en agua como:

C_{6 6}H_{5 5}COOH → H⁺ + C_{6 6}H_{5 5}ARRULLO^-

La fórmula para K_un es:

K_un = [H⁺][SI^-]/[MEDIA PENSIÓN]

dónde:
[H⁺] = concentración de H⁺ iones
[SI^-] = concentración de iones base conjugados
[HB] = concentración de moléculas de ácido no disociadas
para una reacción HB → H⁺ + si^-

El ácido benzoico disocia un H⁺ ion por cada C_{6 6}H_{5 5}ARRULLO^- ion, entonces [H⁺] = [C_{6 6}H_{5 5}ARRULLO^-].

Sea x la concentración de H⁺ que se disocia de HB, entonces [HB] = C - x donde C es la concentración inicial.

Ingrese estos valores en la K_un ecuación:

K_un = x · x / (C -x)
K_un = x² / (C - x)
(C - x) K_un = x²
x² = CK_un - xK_un
x² + K_unx - CK_un = 0

Resuelve para x usando la ecuación cuadrática:

x = [-b ± (b² - 4ac)^½] / 2a

x = [-K_un + (K_un² + 4CK_un)^½] / 2

** Nota ** Técnicamente, hay dos soluciones para x. Como x representa una concentración de iones en solución, el valor de x no puede ser negativo.

Ingrese valores para K_un y C:

K_un = 6.5 x 10^{-5 5}
C = 0.01 M

x = -6.5 x 10^{-5 5} + [(6.5 x 10^{-5 5}) ² + 4 (0.01) (6.5 x 10^{-5 5})]^½ / 2
x = (-6.5 x 10^{-5 5} + 1.6 x 10^-3) / 2
x = (1.5 x 10^-3) / 2
x = 7.7 x 10^{-4 4}

Encuentra pH:

pH = -log [H⁺]

pH = -log (x)
pH = -log (7.7 x 10^{-4 4})
pH = - (- 3.11)
pH = 3.11

Responder

El pH de una solución de ácido benzoico 0.01 M es 3.11.

Solución: Método rápido y sucio para encontrar el pH ácido débil

La mayoría de los ácidos débiles apenas se disocian en solución. En esta solución, encontramos que el ácido solo se disocia 7,7 x 10^{-4 4} M. La concentración original fue de 1 x 10^-2 o 770 veces más fuerte que la concentración de iones disociados.

Los valores para C - x, entonces, estarían muy cerca de C para parecer inalterados. Si sustituimos C por (C - x) en la K_un ecuación,

K_un = x² / (C - x)
K_un = x² / C

Con esto, no hay necesidad de usar la ecuación cuadrática para resolver x:

x² = K_un·C

x² = (6.5 x 10^{-5 5}) (0.01)
x² = 6.5 x 10^{-7 7}
x = 8.06 x 10^{-4 4}

Encuentra pH

pH = -log [H⁺]

pH = -log (x)
pH = -log (8.06 x 10^{-4 4})
pH = - (- 3.09)
pH = 3.09

Tenga en cuenta que las dos respuestas son casi idénticas con solo 0.02 de diferencia. Observe también que la diferencia entre la x del primer método y la x del segundo método es solo 0.000036 M. Para la mayoría de las situaciones de laboratorio, el segundo método es "suficientemente bueno" y mucho más simple.

Verifique su trabajo antes de informar un valor. El pH de un ácido débil debe ser inferior a 7 (no neutral) y generalmente es inferior al valor de un ácido fuerte. Tenga en cuenta que hay excepciones. Por ejemplo, el pH del ácido clorhídrico es 3.01 para una solución 1 mM, mientras que el pH del ácido fluorhídrico también es bajo, con un valor de 3.27 para una solución 1 mM.

Fuentes

• Bates, Roger G. (1973). Determinación del pH: teoría y práctica.. Wiley.
• Covington, A. K .; Bates, R. G .; Durst, R. A. (1985). "Definiciones de escalas de pH, valores de referencia estándar, medición de pH y terminología relacionada". Aplicación pura Chem. 57 (3): 531-542. doi: 10.1351 / pac198557030531
• Housecroft, C. E .; Sharpe, A. G. (2004). Química Inorgánica (2da ed.). Prentice Hall. ISBN 978-0130399137.
• Myers, Rollie J. (2010). "Cien años de pH". Revista de Educación Química. 87 (1): 30-32. doi: 10.1021 / ed800002c
• Miessler G. L .; Tarr D .A. (1998). Química Inorgánica (2da ed.). Prentice Hall. ISBN 0-13-841891-8.