doc apoy 6 ec charlot h h 2010 ii 11388
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ecuaciones de Charlot.Por el Dr.Alejandro BaezaTRANSCRIPT
QUÍMICA ANALÍTICA I
Documento de apoyo (6): Cálculo del pH de sistemas monodonadores conjugados
nivelados y no-nivelados. Ecuación de Charlot y reducción polinomial con base a la Ley
de dilución de Ostwald.
Dr. Alejandro Baeza. Semestre 2010-II.
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Planteamiento del sistema en estudio
Sistemas nivelados:
Solvo ácidos:
Se mezclan el monodonador solvoácido monoprótico nivelado
FHX
La solución se forma según los procesos I y II:
HX X- + H
+
H2O = H+ + OH
-
Al equilibrio se cumple el balance de masa, la Kw de disociación del agua y el
balance de electroneutralidad:
FHX = Co = [X-]
[H+] = [OH
-] + [X
-]
Solvo bases:
Se mezclan el monodonador solvoácido monoprótico nivelado
FMOH
La solución se forma según los procesos I y II:
MOH M+ + OH
-
H2O = H+ + OH
-
Al equilibrio se cumple el balance de masa, la Kw de disociación del agua y el
balance de electroneutralidad:
FMOH = Co = [M+]
[M+] + [H
+] = [OH
-]
Sistemas no-nivelados:
Se mezclan el monodonador solvoácido monoprótico de un par y su no-solvobase
conjugada:
FHA FNaA
La solución se forma según los procesos I y II:
HA = A-
+ H+
Co (1-α) αCo αCo
NaA Na+ + A
-
A- + H2O = HA + OH
-
H2O = H+ + OH
-
Al equilibrio se cumple el balance de masa, la Ka de disociación y el balance de
electroneutralidad:
FHA + FNaA = Co = [HA] + [A-]
𝐾𝑎 = 𝐴− 𝐻+
𝐻𝐴
[Na+] + [H
+] = [OH
-] + [A
-]
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En la sección siguiente se muestran las ecuaciones generales derivadas de los
balances de electroneutralidad, de masa, de las Ka, Kb y Kw, así como las condiciones de
dilución (Ley de dilución de Ostwald*) que permiten reducir sendos polinomios para el
cálculo del pH.
* lim α = 1
Co 0
RESUMEN ácidos:
es no nivelado
Ecuación
general 𝐻+ 2 - 𝐻+ 𝐶𝑜 − 𝐾𝑤 = 0
aproximaciones al cálculo
log Co > -6 pH ≈ -log Co
log Co < -6
es
nivelado
Ecuación
general:
Ec. Charlot
𝑯+ = 𝑲𝒂 𝑭𝑯𝑨 − 𝑯+ + 𝑶𝑯−
𝑭𝑵𝒂𝑨 + 𝑯+ − 𝑶𝑯−
aproximaciones al cálculo
𝑙𝑜𝑔𝐾𝑎
𝐶𝑜≥ 1
−2 ≤ 𝑙𝑜𝑔𝐾𝑎
𝐶𝑜≤ 1
𝑙𝑜𝑔𝐾𝑎
𝐶𝑜≤ −2
HA está
fuertemente
disociado
pH -log Co “ácido
fuerte”
pH = -log [H+]
HA está
moderadamente
disociado “ácido de fuerza media”
𝑯+ = 𝑲𝒂 𝑪𝒐 − 𝑯+
𝑯+
pH = -log [H+]
HA está
débilmente
disociado
“ácido
débil”
𝐻+ = 𝐾𝑎 𝐶𝑜
𝐻+
𝐻+ 2 = 𝐾𝑎𝐶𝑜 𝒑𝑯
𝟏
𝟐𝒑𝑲𝒂 −
𝟏
𝟐𝒍𝒐𝒈𝑪𝒐
FHA = Co
¿pH?
RESUMEN Bases:
Ecuación
general
𝐻+ 2 + 𝐻+ 𝐶𝑜 − 𝐾𝑤 = 0
aproximaciones al cálculo
log Co > -6 pH ≈ 𝟏𝟒 + log Co
log Co < -6 Ecuación
general:
Ec. Charlot
𝑯+ = 𝑲𝒂 𝑭𝑯𝑨 − 𝑯+ + 𝑶𝑯−
𝑭𝑵𝒂𝑨 + 𝑯+ − 𝑶𝑯−
aproximaciones al cálculo
𝑙𝑜𝑔𝐾𝑏
𝐶𝑜≥ 1
−2 ≤ 𝑙𝑜𝑔𝐾𝑏
𝐶𝑜≤ 1
𝑙𝑜𝑔𝐾𝑏
𝐶𝑜≤ −2
A- está
fuertemente
hidrolizante
“base
fuerte”
pH = -log [H+]
A- está
moderadamente
hidrolizante “base de fuerza media”
pH = -log [H+]
A- está
débilmente
hidrolizante
“base
débil”
𝑯+ = 𝑲𝒂 𝑶𝑯−
𝑪𝒐
𝐻+ 2 =𝐾𝑎𝐾𝑤
𝐶𝑜 𝒑𝑯 𝟕 +
𝟏
𝟐𝒑𝑲𝒂 +
𝟏
𝟐𝒍𝒐𝒈𝑪𝒐
FNaA = Co
¿pH?
pKw = pKa + pKb = 14
pH ≈ 𝟏𝟒 + log Co
𝑯+ = 𝑲𝒂 𝑶𝑯−
𝑪𝒐 − 𝑶𝑯−
𝑯+ = 𝑲𝒂
𝑲𝒘 𝑯+
𝑪𝒐 −𝑲𝒘 𝑯+
𝑯+ = 𝑲𝒂
𝑲𝒘 𝑯+
𝑪𝒐
es
nivelada
es no
nivelada
RESUMEN par conjugado :
Ecuación general:
Ec. Charlot
𝑯+ = 𝑲𝒂 𝑭𝑯𝑨 − 𝑯+
𝑭𝑵𝒂𝑨 + 𝑯+
aproximaciones al cálculo
Ecuación de
Henderson-Hasselbalch
FHA = HACo,
FNaA = ACo,
¿pH?
2 < pKa < 12
pKa < 2
pKa > 12
𝑯+ = 𝑲𝒂 𝑭𝑯𝑨
𝑭𝑵𝒂𝑨
𝒑𝑯 = 𝒑𝑲𝒂 + 𝒍𝒐𝒈 𝑭𝑯𝑨
𝑭𝑵𝒂𝑨
𝒑𝑯 ≈ 𝒑𝑲𝒂 + 𝒍𝒐𝒈 𝑨−
𝑯𝑨
Ecuación de “buffer ácido”
𝑯+ = 𝑲𝒂 𝑭𝑯𝑨 − 𝑯+ + 𝑶𝑯−
𝑭𝑵𝒂𝑨 + 𝑯+ − 𝑶𝑯−
𝒑𝑯 = 𝒑𝑲𝒂 + 𝒍𝒐𝒈 𝑭𝑯𝑨 − 𝑯+
𝑭𝑵𝒂𝑨 + 𝑯+
𝒑𝑯 ≈ 𝒑𝑲𝒂 + 𝒍𝒐𝒈𝐀
𝐇𝐀
Ecuación de “buffer alcalino”
𝑯+ = 𝑲𝒂 𝑭𝑯𝑨 + 𝑶𝑯−
𝑭𝑵𝒂𝑨 − 𝑶𝑯−
𝑯+ = 𝑲𝒂 𝑭𝑯𝑨 +
𝑲𝒘
𝑯+
𝑭𝑵𝒂𝑨 −𝑲𝒘
𝑯+
𝒑𝑯 = 𝒑𝑲𝒂 + 𝒍𝒐𝒈 𝑭𝑯𝑨 +
𝑲𝒘 𝑯+
𝑭𝑵𝒂𝑨 −𝑲𝒘 𝑯+
RESUMEN anfolito:
Ecuación general:
Ec. Charlot
aproximaciones al cálculo
FNaHA = HACo,
¿pH?
pKa1+pKa2+pCo > pKa1 + pKw
pKa2 > pCo
𝑯+ = 𝑲𝒂𝟏𝑲𝒂𝟐𝑪𝒐 + 𝑲𝒂𝟐𝑲𝒘
𝑲𝒂𝟐 + 𝑪𝒐
𝑯+ = 𝑲𝒂𝟏𝑲𝒂𝟐𝑪𝒐
𝑪𝒐
𝒑𝑯 =𝟏
𝟐 𝒑𝑲𝒂𝟏 + 𝒑𝑲𝒂𝟐
Bibliografía de apoyo:
1.0 J. N. Butler
“Solubility and pH Calculations”
Addison-Wesley Publishing Company, Inc.
1964.
2.0 Richard W. Remette
“Equilibrio y Análisis Químico”
Fondo Educativo Interamericano.
1983.
3.0 Alfred Martin
“Physical Pharmacy”
Fourth Edition
Lea & Febiger, Philadelphia, London.
1993.
4.0 Alejandro Baeza
“Química Analítica. Expresión Gráfica de las Reacciones Químicas”
S. y G. Editores.
2006.
5.0 Ma. del Pilar Cañizares, Georgina A. Duarte
“Fundamentos de Química Analítica”
Facultad de Química. UNAM.
2007.
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