9.9: Búferes

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Las soluciones tampón, que son de enorme importancia para controlar el pH en diversos procesos, se pueden entender en términos de equilibrio ácido/base. Se crea un tampón en una solución que contiene tanto un ácido débil como su base conjugada. Esto crea absorber el exceso de H ⁺ o suministrar H ⁺ para reemplazar lo que se pierde debido a la neutralización. El cálculo del pH de un tampón es sencillo utilizando un enfoque de tabla ICE.

Ejemplo\(\PageIndex{1}\):

¿Cuál es el pH de una solución que es 0.150 M en KF y 0.250 M en HF?

Solución

La reacción de interés es

\[HF \rightleftharpoons H^+ + F^-\]

¡Usemos una mesa ICE!

	\(HF\)	\(H^+\)	\(F^-\)
I nitial	0.250 M	0	0.150 M
C hange	-x	+x	+x
E quilibrium	0.250 M - x	x	0.150 M + x

\[ K_a = \dfrac{[H^+][F^-]}{[HF]}\]

\[ 10^{-3.17} M = \dfrac{x(0.150 \,M + x)}{0.250 \,M - x} \]

Esta expresión da como resultado una relación cuadrática, conduciendo a dos valores de\(x\) que la harán realidad. Rechazando la raíz negativa, la raíz restante de la ecuación indica

\[[ H^+]= 0.00111\,M\]

Entonces el pH viene dado por

\[ pH = -log_{10} (0.00111) = 2.95\]

_{Para tampones elaborados a partir de ácidos con valores suficientemente grandes de pK a, el problema del tampón puede simplificarse ya que la concentración del ácido y su base conjugada se determinará por sus valores de preequilibrio.} En estos casos, el pH se puede calcular utilizando la aproximación de Henderson-Hasselbalch.

Si se considera la expresión de\(K_a\)

\[ K_a = \dfrac{[H^+][A^-]}{[HA]} = [H^+]\dfrac{[H^-]}{[HA]}\]

Tomando el log de ambos lados y multiplicando por -1 rendimientos

\[ pK_a= pH - \log_{10} \dfrac{[A^-]}{[HA]}\]

Un reordenamiento produce la forma de la aprobación de Henderson-Hasselbalch.

\[ pH= pK_a - \log_{10} \dfrac{[A^-]}{[HA]}\]

Cabe señalar que esta aproximación fallará si:

el\(pk_a\) es demasiado pequeño,
las concentraciones\([A^-]\) son demasiado pequeñas, o
\([HA]\)es demasiado pequeño,

ya que la concentración de equilibrio se desviará salvajemente de los valores previos al equilibrio bajo estas condiciones.