pH final al añadir HCl a una disolución amortiguadora

, por F_y_Q

Una solución amortiguadora contiene ácido acético 0,1 M y acetato de sodio 0,1 M. Calcula el pH final cuando se le añaden 10 mL de HCl 0,1 N a 90 mL de la solución amortiguadora. El pK_a para el ácido acético es 4,75.


SOLUCIÓN:

Una disolución amortiguadora está formada por disoluciones concentradas de un ácido (o base débil) y su especie conjugada. Son usadas para mantener el pH constante en un medio cuando se agregan pequeñas cantidades de ácido o base y su funcionamiento se basa en que en el equilibrio coexisten una especie y su conjugado. La ecuación que vamos a usar para calcular el pH final al añadir el ácido clorhídrico es:
pH = pK_a + log\ \left(\frac{[base]}{[\acute{a}cido]}\right)
Calculamos los moles de protones que añadimos al tampón:
10\ \cancel{mL}\cdot \frac{1\ \cancel{L}}{10^3\ \cancel{mL}}\cdot \frac{0,1\ mol}{1\ \cancel{L}} = 10^{-3}\ mol\ H^+
Ahora calculamos los moles de cada especie que contiene nuestra disolución reguladora:
90\ \cancel{mL}\cdot \frac{1\ \cancel{L}}{10^3\ \cancel{mL}}\cdot \frac{0,1\ mol}{1\ \cancel{L}} = 9\cdot 10^{-3}\ mol
El volumen total del sistema es (10 + 90) mL = 100 mL.
En el equilibrio, el ácido añadido reacciona con la base y reduce la concentración de esta especie, aumentando la concentración del ácido. Vamos a calcular las concentraciones de cada especie:
[CH_3COO^-] = \frac{(9\cdot 10^{-3} - 10^{-3})\ mol}{0,01\ L} = 0,8\ M
[CH_3COOH] = \frac{(9\cdot 10^{-3} + 10^{-3})\ mol}{0,01\ L} = 1\ M
Si sustituimos en la ecuación del inicio:

pH = 4,75 - log\ \left(\frac{0,8}{1}\right) = \bf 4,65