Ácidos concentrados y diluidos: propiedades y ejemplos

Introducción a la concentración de ácido

Todo el mundo está familiarizado con la desagradable sensación de vomitar cuando está enfermo. ¡No solo el sabor es desagradable, sino que el contenido ácido de su estómago también le quema la garganta! Esto se debe a que los ácidos suficientemente concentrados tienen una alta concentración de iones H + o protones. No hay nada agradable en los vómitos, pero si el ácido de su estómago estuviera mucho más diluido, muchos menos protones, ¡al menos la quemadura desagradable desaparecería!

Definición de concentración de ácido: acidez

La fuerza de un ácido, llamada acidez , es una expresión de la concentración de H + para un volumen dado de solución. Suponiendo que tengamos una solución con agua, siempre hay alguna cantidad de H + alrededor, incluso en sustancias básicas como lejía o limpiacristales. Cuando se pone en agua, una base crea el ion hidróxido, OH – .

Para determinar la fuerza de una solución ácida, podemos definir matemáticamente la acidez de diferentes formas. También podríamos hablar de la basicidad de una solución, pero centrémonos en los ácidos.

Porcentaje de masa

El porcentaje de algo es simplemente la proporción de una parte del todo en relación con el todo, multiplicado por 100. El porcentaje de masa de un ácido es

El porcentaje de masa es a menudo lo que el fabricante del ácido o la base pone en la botella.

Densidad

La densidad de una muestra de cualquier sustancia es su masa dividida por el volumen de la muestra:

Por ejemplo, la densidad de una muestra ácida con una masa de 25 gy un volumen de 13 mL es

La densidad nos dice qué tan cerca están juntas las partículas de una sustancia. Cuando las partículas tienen una alta densidad, pueden interactuar más fuertemente con las partículas cercanas.

Molaridad

Necesitamos una forma de cuantificar la densidad que literalmente nos diga cuántas partículas se encuentran en un volumen dado. Los químicos utilizan el siguiente concepto para describir la concentración real de partículas.

La molaridad también es un tipo de densidad, una densidad numérica. Se define matemáticamente como

La molaridad tiene unidades de moles de partículas por volumen de solución, específicamente en litros. Tenga en cuenta que, si lo desea, podríamos convertir moles de partículas en masa de partículas, siempre que sepamos la masa molar de las partículas.

Conversión de% de masa a molaridad

Podemos convertir el% en masa de HCl de una botella de reactivo a la molaridad de HCl. Suponga que tenemos una botella de HCl concentrado que se informa que tiene 36% de HCl en masa y tiene una densidad de 1.18 g / mL. Hay algunas conversiones necesarias:

• convertir la densidad de la solución ácida en porcentaje en masa de HCl
• convertir el porcentaje de masa de HCl en molaridad de HCl

Configuramos estas conversiones una por una, de izquierda a derecha:

La solución de HCl concentrada tiene una molaridad de 11,7 M (mol / L), que está muy concentrada. Sin embargo, los ácidos pueden estar mucho menos concentrados. De hecho, el agua neutra tiene una concentración de H + de 0.0000001 M. Sería bueno tener una escala numérica más conveniente para representar el amplio rango de concentraciones que encontramos: pH.

La escala de pH

Mientras que las molaridades de los productos domésticos comunes oscilan entre 1 y 10-14 , no es necesario utilizar notación científica o números con muchos lugares después del punto decimal cuando utilizamos la escala de pH. El pH se define matemáticamente de la siguiente manera:

Tomar el logaritmo de la molaridad del ácido es una forma conveniente de “condensar” el rango de molaridades que encontramos a números más simples como 6 o 12. Para el ejemplo de HCl que hicimos anteriormente, el pH es

Entonces podemos ver que las soluciones muy ácidas tienen un pH cercano o incluso menor a 0. Para agua neutra,

Ahora que hemos definido el pH, tengamos una mejor idea de la escala de pH .

La escala de pH

En la escala de pH, podemos ver el ácido de la batería cerca de 0, agua destilada a un pH de 7 y varias otras sustancias que se encuentran comúnmente. Los productos químicos que tienen un pH superior a 7 se denominan alcalinos o básicos porque tienen más hidróxido, OH – , que H + . Las soluciones ácidas simplemente tienen más H + que OH – . Es por eso que un pH de 7 es como el “punto de inflexión” para ser ácido o básico.

Ácidos concentrados vs diluidos

Podemos usar el pH para diferenciar entre un ácido diluido y uno concentrado. El ácido de la batería tiene un pH de 0 y está muy concentrado, mientras que la lejía tiene un pH cercano a 13, lo que significa que hay mucho hidróxido y muy pocos protones flotando alrededor.

Digamos que tenemos un ácido fuerte con un pH de 2 que deseamos diluir para que sea menos ácido. Cuando pones una rodaja de limón en tu vaso de agua, eso es exactamente lo que estás haciendo. El jugo de limón tiene una molaridad de 10 -2 M, que podemos obtener resolviendo la concentración de H + en la ecuación de pH.

Si exprimimos 5 ml de jugo de limón en 500 ml de agua, ¿qué tan ácida es la nueva solución? Digamos que el agua comienza con un pH de 7. El ácido extra del limón debería reducir el pH del agua. Podemos convertir 5 mL de ácido de jugo de limón en moles de H + con una simple conversión de unidades:

Primero necesitábamos convertir mL a L en este cálculo.

La nueva concentración de H + será la cantidad total de H + (casi toda la cual proviene del limón) dividida por el nuevo volumen de agua de limón, 505 mL:

Entonces el pH de nuestra agua de limón es -log (9.90 x 10-5 ) = 4.00

Una característica interesante de la escala de pH es que los valores que difieren en una unidad de pH difieren en un factor de 10 en la concentración de H + . Como 7-4 = 3, el agua con limón es 1000 veces más ácida que el agua neutra.

Resumen de la lección

Los ácidos difieren ampliamente en la concentración o acidez de H + , con los ácidos diluidos con una pequeña cantidad de H + y los ácidos concentrados con una alta concentración de H + . Las concentraciones de ácido se pueden cuantificar de varias formas, las más importantes de las cuales son la molaridad y la escala de pH . El pH es una forma conveniente de expresar la acidez relativa de las soluciones químicas porque una unidad de pH representa una diferencia de diez veces en la concentración de H + .