Equilibrios Ácido-Base

Equilibrios de disociación sucesiva y de formación global

En relación con el empleo de las constantes de disociación, generalmente se utilizan las siguientes reacciones:

$${\ce {H3A <=> H2A^- + H^+ ....K_a_3}}$$

$${\ce {H2A^- <=> HA^2- + H^{+}.... K_a_2}}$$

$${\ce {HA^2- <=> A^3- + H^+ .... K_a_1}}$$

Donde ${\textstyle {\ce {Ka_{n}}}}$ se refiere a la constante de acidez de la especie ${\textstyle {\ce {H_{n}A}}}$ que aún contiene ${\textstyle {\ce {n}}}$ partículas de hidrógeno por liberar. Si ${\textstyle {\ce {n = 1}}}$ entonces estamos trabajando con un ácido monoprótico (ej. ${\ce {HCl, HF, HNO3,}}$ etc.), en cambio si ${\textstyle {\ce {n > 1}}}$ entonces estamos trabajando con ácidos polipróticos (${\ce {H2SO4, H3PO4, H3Cit}}$ donde ${\ce {Cit}}$ se refiere al citrato).

Cuando trabajamos con ácidos polipróticos resulta conveniente trabajar con la constante de formación global para cada especie en lugar de las constantes de acidez debido a que ya las engloba. Estas constantes globales responden a las siguientes formaciones:

$${\ce {A^3- + 3 H^+ <=> H3A ....\beta_3 = {\frac {1}{Ka_{1}Ka_{2}Ka_{3}}}}}$$

$${\ce {A^3- + 2 H^+ <=> H2A^- ....\beta_2 = {\frac {1}{Ka_{1}Ka_{2}}}}}$$

$${\ce {A^3- + H^+ <=> HA^2- ....\beta_1 = {\frac {1}{Ka_1}}}}$$

Donde ${\textstyle {\ce {\beta_n}}}$ se refiere a la constante global de formación para la especie ${\textstyle {\ce {H_{n}A}}}$.

Diagrama Unidimensional de Zona de Predominio (DUZP)

DUZP marcando la regla de la N para el proceso más termodinámicamente favorable

El DUZP se construye ordenando a los pares ácido-base según sus valores de ${\textstyle {\ce {pKa}}}$ ubicando a los donadores de protones o ácidos (${\textstyle {\ce {H+}}}$) por encima y a los receptores o bases por debajo de la recta. En los extremos de la recta colocamos a los pares ácido-base del agua coronándolos como los más fuertes en su categoría y marcándolos como límites de la misma (0 y 14, de acuerdo al pH).

Siguiendo la regla de la N se obtiene el proceso más termodinámicamente favorable y cuya constante de reacción (${\textstyle {\ce {Kr}}}$) se define como:

$$Kr=10^{pKa_{2}-pKa_{1}}$$

Si la reacción a estudiar sigue una dirección opuesta a esta regla entonces estará ante un proceso termodinámicamente desfavorecido cuya Kr se invierte.

Anfolitos inestables

Puede suceder (y lo hará) que aparezcan anfolitos inestables, en ese caso deberá de eliminarlos antes de proceder de cualquier forma. Sabes que hay uno cuando el DUZP muestra a la misma especie en dos zonas distintas o bien que la reacción entre sus especies es termodinámicamente favorable.

Así se ve el DUZP del agua:

DUZP sin anfolitos inestables

Nótese que no tiene anfolitos inestables. Ahora así se ve uno que sí los tiene:

DUZP con anfolitos inestables

Nótese la aberración en el diagrama. Para resolverlo tenemos que plantear la reacción del anfolito y obtenemos la media de sus ${\textstyle {\ce {pKa}}}$ con un análisis de reactividad. Entonces…

$${\ce {2 A <=> B + C .... pKr = {\frac {pKa1 + pKa2}{2}}}}$$

Obteniendo así un nuevo diagrama sin el anfolito conflictivo.

DUZP tras corregir al anfolito inestable