¿Cómo se establece la ecuación para la reacción en tampón?

Question

En el caso de las ecuaciones tampón, ¿cómo se puede saber qué reaccionar con el agua?

Por ejemplo, si tengo una solución de ácido acético 1 M y una solución de acetato de sodio 1 M (un par ácido-base conjugado) mezclados y me piden que encuentre el pH, ¿cómo sé cómo debo escribir la ecuación?

¿Reacciono el ácido acético con el agua para obtener los productos, o el acetato de sodio con el agua para obtener otra serie de productos?

Answer 1

Las ecuaciones de amortiguación se basan en dos supuestos principales:

1. El ácido/base en cuestión (aquí es $CH_3COOH$ ) es débil y tiene un Ka bajo.

2. La cantidad de ácido/base ( $CH_3COOH$ aquí) y la base conjugada ( $CH_3COONa$ en este caso) es grande.

En tu situación, empiezas con 1M $CH_3COOH$ y 1M $CH_3COONa$ en el agua. Se debe establecer el siguiente equilibrio:

$$ \ce{CH3COOH + H2O <=> CH3COO- + H3O+} $$

donde $$ K_a = \frac{[CH_3COO^-][H_3O^+]}{[CH_3COOH]} = 1.75 * 10^{-5}M $$

y $CH_3COONa$ se disocia completamente para dar $CH_3COO^-$ y $Na^+$ .

Al principio, la proporción es $0$ como $[H_3O^+]=0$ Así que algunos $CH_3COOH$ se disociará para dar $CH_3COO^-$ y $H_3O^+$ . Pero como las concentraciones de $CH_3COOH$ y $CH_3COO^-$ son muy grandes, sus concentraciones no cambiarán.

Así que esencialmente $1.75*10^{-5}M$ de $CH_3COOH$ reaccionará, haciendo la relación:

$$ \frac{(1)(1.75*10^{-5})}{(1)} = 1.75*10^{-5} = K_a $$

por lo que el pH será simplemente

$$ pH = -log_{10}[H_3O^+] = -log_{10}(1.75*10^{-5}) = pK_a = 4.7 $$

Supongamos que empezamos con diferentes concentraciones de $CH_3COOH$ y $CH_3COONa$ La lógica sigue siendo la misma. La concentración de $CH_3COOH$ y $CH_3COO^-$ no cambian ya que sus cantidades iniciales son muy grandes. Entonces $[H_3O^+]$ satisface

$$ K_a = \frac{[CH_3COO^-][H_3O^+]}{[CH_3COOH]} $$ $$ -log_{10}K_a = -log_{10}[H_3O^+] - log_{10}\frac{[CH_3COO^-]}{[CH_3COOH]} $$ $$ pK_a = pH - log_{10}\frac{[CH_3COO^-]}{[CH_3COOH]} $$ $$ pH = pK_a + log_{10}\frac{[CH_3COO^-]}{[CH_3COOH]} $$

donde $[CH_3COO^-] = [CH_3COONa]$