Cómo calcular la concentración de iones de hidrógeno

La concentración de iones de hidrógeno nos dice qué tan ácida o básica es una solución dada. ¿Más iones de hidrógeno? Más ácido. ¿Menos iones de hidrógeno? Más básico. Bastante simple, ¿verdad? Echemos un vistazo a cómo definir y calcular la concentración de iones de hidrógeno. Primero, verá cómo obtiene iones de hidrógeno e iones de hidróxido en el agua.

Autoionización del agua

El agua se autoioniza en pequeña medida:

Esta es una simplificación, ya que los iones de hidrógeno libres en realidad no existen en solución. Así es como se ve realmente:

A través del enlace de hidrógeno, el ión de hidrógeno se asocia con una molécula de agua para crear H3O+, o hidronio. Por lo tanto, cuando calcula la concentración de iones de hidrógeno, también está calculando la concentración de iones de hidronio.

Para el agua, el producto de iones de agua o Kw nos dice la concentración de H+ o H3O+ y la concentración de OH- o iones hidróxido.

A 25 grados Celsius, el valor de K determinado experimentalmenteW es 1.0 x 10-14 METRO2.

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Echemos un vistazo a cómo puede utilizar sus conocimientos de disociación y KW para calcular la concentración de iones de hidrógeno para ácidos o bases fuertes.

Cálculo de la concentración de iones de hidrógeno a partir de la molaridad de un ácido fuerte

Un ácido fuerte aumenta la concentración de iones de hidrógeno sobre los iones de hidróxido presentes.

Un ejemplo es HCl:

Dado que el HCl es un ácido fuerte, se disocia completamente en agua. Entonces, digamos que tiene una solución de HCl 1.5M. ¿Cuál es la concentración de iones de hidrógeno?

Bueno, ¡esto es bastante simple y ni siquiera requiere matemáticas! Dado que el ácido se disocia completamente, la concentración de iones de hidrógeno es la misma que la molaridad de la solución. En este caso, eso significa la concentración de iones de hidrógeno, o [H+], es 1,5M.

Una base fuerte, por otro lado, tiene más iones hidróxido que iones hidrógeno. Digamos que tiene una solución 0.1M de NaOH. ¿Cuál es la concentración de H+ ¿en este caso? Ahora, necesitará utilizar su conocimiento de KW.

Usted sabe que, dado que esta base fuerte se disocia completamente, la concentración de hidróxido, u OH-, es igual a la molaridad de la solución. [OH-] = 0,1 M.

Entonces,

Resolviendo para [H +] obtienes:

¡Esto tiene sentido! Dado que es una solución básica, hay muchos más iones de hidróxido que iones de hidrógeno.

Cálculo de la concentración de iones de hidrógeno a partir del pH

Ahora, lidiar con la notación científica todo el tiempo para discutir la concentración de iones de hidrógeno es un poco engorroso. En cambio, los científicos usan la escala de pH.

Aquí está la definición de pH:

El pH es el logaritmo negativo de la concentración de hidrógeno. La letra p significa literalmente registro negativo.

Entonces, dado un valor de pH de 5.5, puede encontrar la concentración de iones de hidrógeno:

Bucear por uno negativo y tomar el registro inverso te da:

Resolviendo, obtienes:

La concentración de iones de hidrógeno de una solución con pH = 5,5 es 3,2 * 10-6METRO. ¡Mira, esta es la razón por la que hablar sobre un pH es mucho más fácil que todo el número largo que tienes como respuesta! Un pH de 5,5 le indica la acidez y puede calcular la molaridad si lo necesita.

¿Qué significan los valores de pKa?

Si bien calcular la concentración de iones de hidrógeno de ácidos fuertes es bastante fácil, ya que se disocian completamente en solución, calcular la concentración de iones de hidrógeno en ácidos débiles es solo un poco más complicado. Estos ácidos no se ionizan completamente en agua. Cada ácido tiene tendencia a perder un ion hidrógeno en una solución acuosa. Es más probable que un ácido más fuerte pierda su ion hidrógeno que un ácido débil.

Las constantes de equilibrio para las reacciones de ionización se denominan constantes de disociación ácida (Ka). Los ácidos más fuertes tienen un K más altoa mientras que los ácidos más débiles tienen un K más bajoa. Ahora, al igual que con la concentración de iones de hidrógeno, donde se cambió a pH en lugar de solo H, los científicos usan pKa para indicar qué tan fuerte o débil es un ácido. Con una mayor tendencia a perder un protón, el ácido es más fuerte, por lo que el pKa es más pequeño.

Consejos

  • Cuanto mayor sea el valor de pKa, más débil será el ácido; cuanto menor sea el valor de pKa, más fuerte será el ácido.

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