En este post quiero mostrarles información acerca de como se forman los pares de ácidos y bases conjugados en una reacción química, y como se puede emplear la relación que existe entre las especies en los cálculos, ya que es uno de los puntos que resulta algo difícil de comprender en la mayoría de los estudiantes y resulta importante dominarlo para abarcar el equilibrio iónico.

¡Les invito a leer!

Imagen realizada en power point con imágenes de dominio público1, 2,3,4

Comencemos por recordar, que según la teoría de Bronsted- Lowry un ácido se define como un dador de protones, mientras que la base es la especie que acepta protones, refiriéndonos a protón como el ion hidrógeno H⁺.

Por ejemplo, el HCN dona su protón al agua y la transferencia se representa por la siguiente reacción:

El producto de la reacción puede reaccionar también con el agua. En este caso el ion CN^- puede también aceptar un protón de una molécula de agua, y formar nuevamente el HCN, entonces, basados en las definiciones de Bronsted- Lowry el ion CN^- correspondería también a una base, recibiendo así el nombre de base conjugada del HCN. Veamos esta reacción:

Podemos entonces concluir que una base conjugada es la especie que se forma cuando un ácido dona un protón

Ya que el HCN es el ácido que se forma cuando se le transfiere un protón al ion cianuro, se forma así el ácido conjugado. Entonces, el ácido conjugado es la especie que se forma cuando una base acepta un protón.

Por otra parte resulta importante conocer el grado con que el ácido por ejemplo dona el protón, si es fuerte o débil, ya que un ácido fuerte se desprotona completamente en solución, y uno débil lo hace parcialmente, de igual manera sucede con las bases fuertes y débiles.

En función a esto, podemos analizar que cuando se trate de un ácido fuerte, su base conjugada, va a resultar un débil aceptor de protones, en caso contrario cuando se trate de un ácido débil su base conjugada será fuerte en aceptar protones. También sucede algo similar con las bases.

Se concluye entonces, que mientras más fuerte sea el ácido más débil será su base conjugada y mientras más débil es la base, más fuerte es su ácido conjugado.

Expresión de la relación entre un par ácido /base conjugado

Continuemos con el ejemplo del HCN. Para este ácido se puede expresar su constante como:

Para el equilibrio de la aceptación del protón, su constante viene dada por:

Si se multiplican las dos constantes se tiene

También se puede escribir como

Muy importante recordar que esta ecuación se puede emplear solo para un par ácido base conjugado.

Cálculos empleando la relación Ka y Kb

Si se desea calcular por ejemplo la constante del CN^-, la constante Ka en esta ecuación, es la constante del ácido débil, HCN y Kb es la constante de basicidad de la base conjugada de dicho ácido CN^-.

El cálculo viene dado por:

Entonces vemos como partiendo de la relación K_ay K_b se pueden calcular las contantes de iones ácidos o basicos.

Fuerza de los pares de ácido y base conjugados

De la expresión de la relación entre un ácido y su base conjugada podemos deducir que si la constante K_a de un ácido es muy alta, entonces el K_b de su base conjugada debe ser muy bajo. De forma similar si una base posee una constante K_b muy alta, su ácido conjugado debe tener una constante K_a muy baja, por lo que existe una relación inversa y se puede observar en la siguiente figura:

Imagen elaborada en power point con datos tomados de Atkins (2006).

La importancia del dominio del conocimiento de la fuerza de los ácidos y bases así como también del cálculo de las constantes de los iones ácidos o básicos resulta importante en el estudio del equilibrio iónico, en especial cuando se trata de hidrólisis de sales y soluciones amortiguadoras.

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¡Espero que la información presentada les sea muy útil, gracias por leer, hasta una próxima oportunidad!

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Referencias

• Whitten K. y Gailey, K. (1985). Química General. México: Nueva Editoral Interamericana
• Atkins, P. y Jones, L. (2006). Principios de Química. Los caminos del descubrimiento. Buenos Aires: Médica Panamericana