Ley de dilución de ácidos y bases de Ostwald

Introducción al equilibrio

Las reacciones químicas siempre pueden proceder en dos direcciones diferentes: hacia adelante y hacia atrás. Siempre que procesamos una reacción, llamamos reactivos a los materiales de partida y productos a los materiales finales. Las cantidades relativas de reactivos y productos dependen de las velocidades relativas de las reacciones hacia adelante y hacia atrás.

Para una molécula genérica, AB, que se disocia en los iones A + y B – , o la reacción inversa de los iones que se unen, podemos escribir las siguientes ecuaciones químicas:

AB → A + + B –

AB ← A + + B –

Cuando las velocidades de una reacción química hacia adelante y hacia atrás son iguales, hemos alcanzado el equilibrio . En el equilibrio, las cantidades de reactivos y productos son constantes, pero los reactivos forman productos de forma constante y viceversa.

Una forma de expresar las cantidades relativas de productos frente a reactivos es la constante de equilibrio , K eq . La constante de equilibrio para nuestra molécula AB se escribe como:

En esta ecuación, las cantidades entre paréntesis son las concentraciones de los iones y la molécula AB, generalmente en molaridad.

Ley de dilución de Ostwald: ¿Qué es?

La ley de dilución de Ostwald nos dice que la constante de equilibrio y la concentración inicial de un electrolito (antes de la disociación o asociación) se pueden usar para calcular el grado de esta disociación o asociación del electrolito.

Ley de dilución de Ostwald: derivación de la ecuación

Tomemos el ejemplo de una disociación ácida débil para derivar la ley de dilución. Comenzaremos con una ecuación para la constante de disociación ácida:

Debido a que un ácido débil es un electrolito débil, sabemos que se disociará en pequeña medida. ¿Cuánto, preguntas? No estamos exactamente seguros, así que llamemos a esa pequeña cantidad x . La variable x es la fracción de moléculas ácidas débiles que se disocian. Por lo tanto, la cantidad de moléculas de ácido que no se disocian es solo 1 – x . La expresión de equilibrio se parece a la siguiente:

Si preguntamos, «¿Cuántas moléculas de ácido de cada 100 se disociarán?», La respuesta se encuentra en esta ecuación. Solo necesitamos resolver para x . Dado que esperamos que x sea ​​pequeño, en relación con el número 1 en el denominador de la ecuación, lo siguiente es cierto:

Para encontrar x , simplemente reorganizamos la igualdad final y sacamos la raíz cuadrada:

Aplicación de la ley de dilución

Probemos con un problema de ejemplo con la ley de dilución de Ostwald.

Problema

Una base débil con una concentración inicial en agua de 0.44 M, tiene una constante de asociación de equilibrio K b de 2.4 x 10 -5 . ¿Qué porcentaje de las moléculas base se protonarán?

Solución

Podemos usar la expresión para x (encontrada anteriormente), para resolver este problema:

Limitaciones de la ley de dilución de Ostwald

¿Qué sucede si un electrolito es fuerte en lugar de débil? La gran cantidad de iones en solución interfiere con el equilibrio químico, de modo que la relación x / (1 – x ) ya no se aproxima a la fracción de disociación. Por lo tanto, la ley de dilución solo funciona para electrolitos débiles.

La ley de dilución es simplemente una aproximación que solo funciona exactamente cuando la solución de electrolito está infinitamente diluida; en otras palabras, cuando no hay iones alrededor. Para electrolitos débiles, la aproximación es buena para calcular una concentración o constante de equilibrio, dentro de un pequeño porcentaje del valor real.

Resumen de la lección

La ley de dilución de Ostwald es una forma rápida de estimar la concentración de equilibrio de un ión que surge de una asociación o disociación débil de electrolitos. La ecuación se puede derivar fácilmente de la constante de equilibrio considerando la fracción de moléculas de electrolito débiles disociadas versus no disociadas. La expresión no se aplica a los electrolitos fuertes que se disocian fácilmente en solución.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador