Equilibrio iónico El equilibrio ionico es un equilibrio muy especial en la química, este se caracteriza por presentarse en especies por solución acuosa, de aquí la producción de iones. Primero se entiende que las especies que producen y presentan en solución cargas son llamadas electrolitos, los mismos que permiten la conducción de corriente eléctrica. De aquí partiremos en la clasificación de los electrolitos en base a dos criterios principales; -Comportamiento en solución: electrolitos ácidos, básicos y neutros. -Capacidad conductora. Electrolitos fuertes y débiles. De aquí partiremos en secciones impuestas por los dos antes mencionados. Los electrolitos según su fuerza y esto hace referencia a cuando una sustancia se disuelve en agua la generación de electrolitos ocurre de forma completa o incompleta. Cuando ocurre una disociación se habla completamente de un electrolito fuerte, este es aquel cuya disociación es completa prácticamente. Cuantitativamente hablando +, un electrolito fuerte es aquel cuyo equilibrio tiende a ser infinito. Ejemplo: HCl + H2O --> H3O+ + ClDonde: Keq=[H3O+][Cl-]/[HCl] En el tiempo de equilibrio [HCl] tiende a cero, por ende Keq tiende a infinito En cambio cuando la disociación es menor del 100%, e habla de un electrolito debil, los electrolitos débiles forman como tal equilibrios verdaderos, como en el siguiente ejemplo: Ejemplo: HF + H2O --> H3O+ + FDonde: Keq=[H3O+][F-]/[HF] + Como la disolución no es completa, en tiempo de equilibrio, [HF], [H3O ] y [F ] permanecerá constante y por ende estamos en la presencia de un equilibrio químico. La autoionización del agua corresponde a la propiedad química del agua donde esra se autosepasa en sus componentes iónicos. El agua como tal es un electrolito débil, por lo que conduce corriente eléctrica en una pequeña fracción, debido a que se encuentra poco disociada. H2O + H2O = H3O+ + OH- Al ser esta una reacción reversible, podemos expresarla en función de un constante equilibrio. Keq= [H3O+][OH-] Al ser el agua una especie pura, no se le considera en la expresión y por este la constante de equilibrio del agua queda expresada en función de la presencia de los dos iones formados. Mediante los procesos electroquímicos se puede comprobar que la constante del equilibrio que guarda esta relación tiene un valor de: [H3O+] = [OH-] = 1*10-7 Kw=1*10-14 Y esta es la que se le conoce como constante de autoionización del agua. El constante de equilibrio para especies ácidas y básicas, por la convención cuando se trabaja una especie ácida a la constante de un equilibrio de dicha especie se le denomina constante de acides, y se designa Ka; y cuando se trabaja con una especie básica, a la constante de un equilibrio se le denomina constante de basicidad y se designa Kb Pero no obstante, el equilibrio iónico es un tipo en especial de equilibrio químico, por lo cual a la hora de hacer cálculos, se trata como tal. La relación entre Ka y Kb, Por la teoría ácido-base de Brønsted-Lowry sabemos que existen pares conjugados ácido-base (un ácido genera una base conjugada y una base genera un ácido conjugado, cuyas fuerzas quedan determinadas por la fuerza opuesta del ácido/base que les dio origen). Sea HA un ácido débil con Ka < 10-2 Entonces, la reacción queda determinada por: HA + H2O = H30+ + ALa expresión de la constante de acidez queda determinada por la siguiente expresión: Ka= [H30+][A-]/[HA] Expresando la reacción inversa: A- + H30+ = HA + H2O Como A- es una base, se puede expresar su constante de basicidad: Kb= [HA]/[H30+][A-] Lo que indicaría que Ka*Kb=1; pero esta relación es válida sólo para la reacción inversa de la reacción inicialmente planteada. Si se desea determinar la constante de basicidad de la reacción directa que se ha planteado inicialmente, tenemos que considerar al agua. Se sabe que Kw=[H3O+)[OH-] Como la concentración de iones hidronio (H3O+) está determinada para la reacción por Ka, entonces: Kw=Ka[OH-] Y, del mismo modo, la concetración de iones hidróxilo (OH-), queda determinada por la constante de basicidad de la reacción directa: Kw=Kakb Se despeja Kb: Kb=Kw/Ka Para la reacción de bases en agua se cumplen las mismas condiciones, por ende: Ka=Kw/Kb Hidrólisis de Sales Se define hidrólisis de una sal como el proceso en el cual los componentes iónicos de la sal disuelta en agua son capaces de romper la molécula de agua, generando la presencia de iones H3O+ y/o OHComo se menciona anteriormente, por la teoría de Brønsted-Lowry, un ácido-base genera una base-ácido conjugada de fuerza inversa a la del ácido que le dio origen, esto es, un ácido-base fuerte dará origen a una base-ácido débil y un ácido-base débil dará origen a una base-ácido fuerte Además también que una sal el producto de la reacción entre un ácido o base, por ejemplo NaCl: HCl + NaOH ->NaCl + H2O Tanto HCl como NaOH son especies muy fuertes (Ka y Kb tienden a infinito respectivamente), por ende sus pares base/ácido conjugados tiene constantes de acidez/basicidad que tienden a cero. Si disolvemos NaCl en agua, por propiedades de las sales, tendremos que: NaClac -> Na+ + ClSi hicieramos una medición de pH se esperaría que el pH de la solución fuera neutro. La razón de esto está en que, tanto Na+ como Cl- son los pares conjugados de HCl y NaOH, y son especies que no presentan valores de acidez/basicidad. Otro caso: el NH4NO3 (Nitrato amónico) NH4NO3 es producto de la siguiente reacción: NH3+HNO3 -> NH4NO3 HNO3 es un ácido muy fuerte (Ka tiende a infinito), por ende NO3- es una especie con Kb que tiende a cero. NH3 es una báse débil (Kb=1,8*10-5), por ende NH4+ es un ácido fuerte, con una Ka que se desprende de la relación: Ka=Kw/Kb Lo que da un valor aproximado de Ka=5,5*10-10 Ahora, si se disuelve NH4NO3 en agua: NH4NO3 -> NO3- + NH4+ Como NH4+ es un ácido, generará hidrólisis en una molécula de agua, estableciendo un equilibrio: NH4+ + H2O = NH3 + H3O+ Por estos antecedentes, es de esperar que el pH de la solución sea ácido. La misma situación es aplicable para sales básicas. A modo de resumen, podemos decir que para determinar si una sal es ácida, básica o neutra, es necesario hacer el estudio del origen de la sal, de esta forma, se podrá predecir de forma efectiva si ocurrirá hidrólisis o no y el tipo de solución (ácida o básica) que se formará como consecuencia de esto.