Contenido principal
Química avanzada (AP Chemistry)
Curso: Química avanzada (AP Chemistry) > Unidad 8
Lección 5: AmortiguadoresRango del amortiguador
Un amortiguador tiene un rango de pH efectivo de una unidad de pH en uno de los lados del valor de pKₐ del ácido débil. Si el pH de un amortiguador sale de este rango, el amortiguador ya no será efectivo para resistir grandes cambios en el pH. Creado por Jay.
¿Quieres unirte a la conversación?
Sin publicaciones aún.
Transcripción del video
Las soluciones amortiguadoras consisten en
una cantidad significativa de un ácido débil, que representaremos como HA y la base conjugada
del ácido débil, que representaremos como A-. Las soluciones amortiguadoras impiden que
se produzcan grandes cambios en el pH. Sin embargo, solo son efectivas dentro
de un cierto rango de valores de pH. Vamos a usar la ecuación de
Henderson - Hasselbalch para saber cuál es el rango efectivo de
pH para una solución amortiguadora. Al observar la ecuación de Henderson
- Hasselbalch, vemos que el pH de la solución amortiguadora es igual al pKa
del ácido débil, que sería HA, más el logaritmo de la concentración de la base conjugada
dividida entre la concentración del ácido débil. Y es esta relación entre la concentración
de la base conjugada y la concentración del ácido débil la que determina si una
solución amortiguadora es efectiva o no. Las soluciones amortiguadoras son más efectivas
para impedir un cambio de pH en cualquier dirección cuando la concentración del ácido débil
es igual a la concentración de la base conjugada. Y cuando las concentraciones son iguales entre sí, el cociente es igual a uno, y el
logaritmo de uno es igual a cero. Por lo tanto, cuando las
concentraciones son iguales entre sí, el pH de la solución amortiguadora es
igual al pKa del ácido débil más cero. Así que podríamos decir que
el pH es igual al pKa cuando la concentración del ácido débil es igual
a la concentración de la base conjugada. De modo que generalmente tratamos de elegir
una solución amortiguadora con un ácido débil que tenga un valor de pKa cercano al pH
deseado de la solución. Por lo tanto, las soluciones amortiguadoras son efectivas
para impedir grandes cambios en el pH, cuando el pH es aproximadamente
igual al pKa del ácido débil. Sin embargo, si la concentración
de un componente de la solución amortiguadora es más de 10 veces la
concentración del otro componente, la solución amortiguadora no será efectiva
para impedir grandes cambios en el pH. Por lo tanto, para encontrar el rango
efectivo de pH, vamos a usar la ecuación de Henderson-Hasselbalch para calcular
el pH cuando la concentración de la base conjugada es 10 veces la concentración del
ácido débil, y también para calcular el pH cuando la concentración del ácido débil es 10
veces la concentración de la base conjugada. Al hacer estos dos cálculos obtenemos los límites
superior e inferior del rango efectivo de pH. Así que calculemos el pH de la solución
amortiguadora cuando la concentración de la base conjugada es 10 veces
la concentración del ácido débil. Al observar la ecuación de
Henderson - Hasselbalch, vemos que, si la concentración de la base conjugada es
10 veces la concentración del ácido débil, la razón es 10 sobre uno, y el logaritmo
de 10 es igual a uno. Por lo tanto, el pH de la solución amortiguadora es
igual al valor pKa del ácido débil más uno. Este valor para el pH representa el
límite superior del rango efectivo de pH. A continuación, calculemos el pH de
la solución amortiguadora cuando la concentración de ácido débil es 10 veces
la concentración de la base conjugada. Al observar la ecuación de
Henderson - Hasselbalch, vemos que, si la concentración de HA
es 10 veces la concentración de A-, la razón es uno sobre 10, y el logaritmo
de uno sobre 10 es igual a menos uno. Por lo tanto, el pH de la solución amortiguadora
es igual al valor pKa del ácido débil menos uno. Este valor para el pH representa el
límite inferior del rango efectivo de pH. Según los cálculos que acabamos de hacer,
el rango efectivo de pH de una solución amortiguadora es igual al valor pKa
del ácido débil más uno o menos uno. Usemos este concepto de un rango efectivo de
pH para elegir una solución amortiguadora. Digamos que queremos amortiguar una solución
a un pH de 9.00 a 25 grados Celsius. Y supongamos que tenemos dos opciones:
podríamos elegir una solución amortiguadora de ácido acético - acetato o podríamos elegir
una solución amortiguadora de amonio-amoníaco. Como el rango efectivo de pH de una solución
amortiguadora es el valor de pKa del ácido débil más uno o menos uno, no queremos
elegir la solución amortiguadora de ácido acético-acetato porque a 25 grados Celsius,
el valor de pKa para el ácido acético es 4.74. Por lo tanto, esta solución amortiguadora solo
sería efectiva en un rango de 4.74 más uno o menos uno, es decir, alrededor
de 3.74 a aproximadamente 5.74. El catión amonio tiene un valor de
pKa igual a 9.25 a 25 grados Celsius. Por lo tanto, la solución amortiguadora
de amonio-amoníaco es efectiva en este valor de pKa más uno o menos uno, es
decir, aproximadamente de 8.25 a 10.25. Dado que nuestro pH de 9 cae
dentro de ese rango, elegimos la solución amortiguadora de amonio-amoníaco.