6.14: Resumen de capítulos y términos clave

Resumen del Capítulo

La química analítica es más que una colección de técnicas; es la aplicación de la química al análisis de muestras. Como veremos en capítulos posteriores, casi todos los métodos analíticos utilizan reactividad química para lograr uno o más de los siguientes: disolver una muestra, separar analitos de interferentes, transformar un analito en una forma más útil, o proporcionar una señal. La química de equilibrio y la termodinámica nos proporcionan un medio para predecir qué reacciones pueden ser favorables.

Los tipos de reacciones más importantes son las reacciones de precipitación, las reacciones ácido-base, las reacciones de complejación de metal-ligando y las reacciones de oxidación-reducción. En una reacción de precipitación se combinan dos o más especies solubles para producir un precipitado insoluble, el cual caracterizamos usando un producto de solubilidad.

Una reacción ácido-base ocurre cuando un ácido dona un protón a una base. _{La posición de equilibrio de la reacción se describe usando una constante de disociación ácida, K a, o una constante de disociación de bases, K b.} El producto de K _a y K _b para un ácido y su base conjugada es la constante de disociación para agua, K _w.

Cuando un ligando dona uno o más pares de electrones a un ion metálico, el resultado es un complejo metal-ligando. Se utilizan dos tipos de constantes de equilibrio para describir la complejación metal-ligando: las constantes de formación escalonadas y las constantes de formación general. Hay dos constantes de formación escalonadas para el complejo metal-ligando ML ₂, cada una de las cuales describe la adición de un ligando; así, _K1 representa la adición del primer ligando a M, y K ₂ representa la adición del segundo ligando a ML. Alternativamente, podemos usar una constante de formación acumulativa o global\(\beta_2\), para el complejo metal-ligando ML ₂, en el que ambos ligandos se añaden a M.

En una reacción de oxidación-reducción, uno de los reactivos se oxida y otro reactivo se reduce. En lugar de usar una constante de equilibrio para caracterizar una reacción de oxidación-reducción, utilizamos los valores potenciales positivos de los cuales indican una reacción favorable. La ecuación de Nernst relaciona este potencial con las concentraciones de reactivos y productos.

El principio de Le Chatelier proporciona un medio para predecir cómo un sistema en equilibrio responde a un cambio en las condiciones. Si aplicamos una tensión a un sistema en equilibrio, agregando un reactivo o producto, agregando un reactivo que reaccione con un reactivo o producto, o cambiando el volumen, el sistema responderá moviéndose en la dirección que alivia la tensión.

Debe ser capaz de describir un sistema en equilibrio tanto cualitativa como cuantitativamente. Puede desarrollar una solución rigurosa a un problema de equilibrio combinando expresiones constantes de equilibrio con ecuaciones apropiadas de balance de masa y equilibrio de carga. Usando este enfoque sistemático, se pueden resolver algunos problemas de equilibrio bastante complicados. Si una respuesta menos rigurosa es aceptable, entonces un diagrama de escalera puede ayudarle a estimar la composición del sistema de equilibrio.

Las soluciones que contienen cantidades relativamente similares de un ácido débil y su base conjugada experimentan solo un pequeño cambio en el pH tras la adición de una pequeña cantidad de ácido fuerte o de base fuerte. A estas soluciones las llamamos buffers. También se puede formar un tampón usando un metal y su complejo metal-ligando, o un agente oxidante y su agente reductor conjugado. Tanto el enfoque sistemático para resolver problemas de equilibrio como los diagramas de escalera son herramientas útiles para caracterizar los búferes.

Una solución cuantitativa a un problema de equilibrio puede dar una respuesta que no concuerda con los resultados experimentales si no consideramos el efecto de la fuerza iónica. La verdadera constante de equilibrio termodinámico es una función de las actividades, a, no de las concentraciones. La actividad de una especie se relaciona con su concentración molar por un coeficiente de actividad,\(\gamma\). Los coeficientes de actividad se estiman utilizando la ecuación de Debio-Hückel extendida, haciendo posible un tratamiento más riguroso de los equilibrios.

Términos Clave

ácido coeficiente de actividad constante de disociación de bases ecuación de saldo de carga constante de disociación equilibrio constante de formación Ecuación de Henderson—Hasselbalch Principio de Le Chátelier complejo metal-ligando Ecuación de Nernst Escala de pH precipitar reducción estado estacionario

constante de disociación ácida anfiprótico efecto común del ion del amortiguador entalpía constante de equilibrio La energía libre de Gibb fuerza iónica ligando método de aproximaciones sucesivas oxidación poliprótico reacción redox estado‐estándar constante de formación paso a paso

actividad base capacidad de búfer constante de formación acumulativa entropía ecuación de Debio-Hückel extendida media reacción diagrama de escalera ecuación de balance de masas monoprótico agente oxidante potencial agente reductor potencial estándar producto de solubilidad