7.8: Propiedades Ácido-Base de las Sales

Las sales, cuando se colocan en agua, a menudo reaccionan con el agua para producir H ₃ O ⁺ u OH ^-. Esto se conoce como reacción de hidrólisis. En base a qué tan fuerte actúa el ion como ácido o base, producirá diferentes niveles de pH. Cuando el agua y las sales reaccionan, existen muchas posibilidades debido a las diversas estructuras de las sales. Una sal puede estar hecha de un ácido débil y una base fuerte, un ácido fuerte y una base débil, un ácido fuerte y una base fuerte, o un ácido débil y una base débil. Los reactivos están compuestos por la sal y el agua y el lado de los productos está compuesto por la base conjugada (del ácido del lado de reacción) o el ácido conjugado (desde la base del lado de reacción). En esta sección de química, se discuten los valores de pH de las sales en base a varias condiciones.

¿Cuándo una solución salina es básica o ácida?

Existen varios principios rectores que resumen el resultado:

1. Las sales que son de bases fuertes y ácidos fuertes no se hidrolizan. El pH se mantendrá neutro a 7. Los haluros y los metales alcalinos se disocian y no afectan al H ⁺ ya que el catión no altera el H ⁺ y el anión no atrae al H ⁺ del agua. Es por ello que el NaCl es una sal neutra. En General: Las sales que contienen haluros (excepto F ^-) y un metal alcalino (excepto Be ^{2 +}) se disociarán en iones espectadores.
2. Las sales que son de bases fuertes y ácidos débiles sí se hidrolizan, lo que le da un pH mayor a 7. El anión en la sal se deriva de un ácido débil, muy probablemente orgánico, y aceptará el protón del agua en la reacción. Esto hará que el agua actúe como un ácido que, en este caso, dejará un ion hidróxido (OH ^-). El catión será de una base fuerte, es decir, de los metales alcalinos o alcalinotérreos y, como antes, se disociará en un ion y no afectará al H ⁺.
3. Las sales de bases débiles y ácidos fuertes sí se hidrolizan, lo que le da un pH menor a 7. Esto se debe a que el anión se convertirá en un ion espectador y fallará en atraer al H ⁺, mientras que el catión de la base débil donará un protón al agua formando un ion hidronio.
4. _{Las sales de una base débil y ácido débil también se hidrolizan como las otras, pero un poco más complejas y requerirán que se tengan en cuenta los K a y K b.} Cualquiera que sea el ácido más fuerte será el factor dominante para determinar si es ácido o básico. El catión será el ácido, y el anión será la base y formará un ión hidronio o un ion hidróxido dependiendo de qué ion reacciona más fácilmente con el agua.

Sales de ácidos polipróticos

No se deje intimidar por las sales de los ácidos polipróticos. Sí, son más grandes y “más malas” que la mayoría de las otras sales. Pero se pueden manejar exactamente de la misma manera que otras sales, solo con un poco más de matemáticas. En primer lugar, sabemos algunas cosas:

• Sigue siendo solo una sal. Todas las reglas de arriba siguen aplicándose. Por suerte, ya que estamos tratando con ácidos, el pH de una sal de ácido poliprótico siempre será mayor a 7.
• De la misma manera que los ácidos polipróticos pierden H ⁺ paso a paso, las sales de los ácidos polipróticos ganan H ⁺ de la misma manera, pero en orden inverso al ácido poliprótico.

Tomemos por ejemplo la disociación de\(\ce{H2CO3}\), ácido carbónico.

\[\ce{H2CO3(aq) + H2O(l) <=> H3O^{+}(aq) + HCO^{-}3(aq)} \nonumber\]

con\(K_{a1} = 2.5 \times 10^{-4} \)

\[\ce{HCO^{-}3(aq) + H2O(l) <=> H3O^{+}(aq) + CO^{2-}3(aq)} \nonumber \]

con\(K_{a2} = 5.61 \times 10^{-11}\).

Esto significa que al calcular los valores para K _b de CO ₃ ^{2 -}, el K _b de la primera reacción de hidrólisis será\(K_{b1} = \dfrac{K_w}{K_{a2}}\) ya que irá en el orden inverso.

Resumen de Propiedades de la Base Acida de las Sales

Tipo de solución	Cationes	Aniones	pH
Ácidos	De bases débiles NH 4 ^+, Al ^3 ^+, Fe ^3+	De ácidos fuertes: Cl ^-, Br ^-, I ^-, NO 3 ^-, ClO 4 ^-	< 7
Básico	De bases fuertes: Grupo 1 y Grupo 2, pero no Ser ^2+	De ácidos débiles: F ^-, NO 2 ^-, CN ^-, CH 3 COO ^-	> 7
Neutral	De bases fuertes: Grupo 1 y Grupo 2, pero no Ser ^2 ^+.	De ácidos fuertes: Cl ^-, Br ^-, I ^-, NO 3 ^-, ClO 4 ^-	= 7

Preguntas

1. Predecir si el pH de cada una de las siguientes sales colocadas en el agua es ácido, básico o neutro.
   1. NaOCl _(s)
   2. KCN _(s)
   3. NH ₄ NO _{3 (s)}

2. Encuentra el pH de una solución de .200 M NH ₄ NO ₃ donde (K _a = 1.8 * 10 ^-5).
3. Encuentra el pH de una solución de .200 M Na ₃ PO ₄ donde (K _{a 1} = 7.25 * 10 ^-5, K _a2 = 6.31 * 10 ^-8, K _a3 = 3.98 * 10 ^-3).

RESPUESTAS

1

1. Los iones presentes son Na ⁺ y OCl ^- como se muestra por la siguiente reacción:

\(NaOCl _{(s)} \rightarrow Na^+_{(aq)} + OCl^-_{(aq)}\)

Mientras que Na ⁺ no se hidrolizará, OCl ^- lo hará (recuerde que es la base conjugada de HOCl). Actúa como base, aceptando un protón del agua.

\(OCl^-_{(aq)} + H_2O_{(l)} \rightleftharpoons HOCl_{(aq)} + OH^-_{(aq)}\)

Na ⁺ está excluido de esta reacción ya que es un ion espectador.

Por lo tanto, con la producción de OH ^-, provocará una solución básica y elevará el pH por encima de 7.

\(pH>7\)

2. El (los) KCN _(s) se disociará _{(n) en K ⁺ (aq)} y CN ^_ _(aq) mediante la siguiente reacción:

\[KCN_{(s)}\rightarrow K^+_{(aq)} + CN^-_{(aq)}\]

K ⁺ no se hidrolizará, pero el anión CN ^- atraerá un H ⁺ lejos del agua:

\[CN^-_{(aq)} + H_2O_{(l)}\rightleftharpoons HCN_{(aq)} + OH^-_{(aq)}\]

Debido a que esta reacción produce OH ^-, la solución resultante será básica y provocará un pH>7.

\(pH>7\)

3. El NH ₄ NO _{3 (s)} se disociará en NH ₄ ⁺ y NO ₃ ^- mediante la siguiente reacción:

\[NH_4NO_{3(s)} \rightarrow NH^+_{4(aq)} + NO^-_{3(aq)}\]

Ahora, NO ₃ ^- no atraerá un H ⁺ porque suele ser de un ácido fuerte. Esto significa que la K _b será muy pequeña. Sin embargo, NH ₄ ⁺ perderá un electrón y actuará como ácido (NH ₄ ⁺ es el ácido conjugado de NH ₃) por la siguiente reacción:

\[NH^+_{4(aq)} + H_2O_{(l)} \rightleftharpoons NH_{3(aq)} + H_3O^+_{(aq)}\]

Esta reacción produce un ion hidronio, haciendo que la solución sea ácida, bajando el pH por debajo de 7.

\(pH<7\)

2. \(NH^+ _{4(aq)} + H_2O {(l)} \rightleftharpoons NH_{3(aq)} + H_3O_{(aq)}\)

\(\dfrac{x^2}{0.2-x} = \dfrac{1*10^{-14}}{1.8 \times 10^{-5}}\)

\(x = 1.05*10^-5 M = [H_3O^+]\)

\(pH = 4.98\)

3. \(PO^3-_{4(aq)} + H_2O_{(l)} \rightleftharpoons HPO^{2-}_{4(aq)} + OH^-_{(aq)}\)

La mayor parte del ion hidróxido vendrá de este primer paso. Por lo que aquí solo se completará el primer paso. Para completar los demás pasos, siga la misma manera de este cálculo.

\[\dfrac{x^2}{0.2-x}=\dfrac{1*10^-14}{3.98 \times 10{-13}}\]

\[x = 0.0594 = [OH^-]\]

\[pH = 12.77\]

Preguntas de práctica

1. ¿Por qué una sal que contiene un catión de una base fuerte y un anión de un ácido débil forman una solución básica?
2. ¿Por qué una sal que contiene un catión de una base débil y un anión de un ácido fuerte forman una solución ácida?
3. _{¿Cómo ayudan los valores de K a o K b a determinar si un ácido débil o una base débil serán la fuerza impulsora dominante de una reacción?}

Las respuestas a estas preguntas se pueden encontrar en la sección de archivos adjuntos en la parte inferior de la página.

Referencias

1. Petrucci, Ralph H., William S. Harwood, F G. Arenque y Jeffry D. Madura. Química General: Principios y Aplicaciones Modernas. 9tth ed. Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall, 2007.
2. Timberlake, Karen C. Química 101 Química Introductoria. 2a ed. San Francisco: Pearson Education, 2007. Imprimir.

Colaboradores y Atribuciones

• Christopher Wu (UCD), Christian Dowell (UCD), Nicole Hooper (UCD)