Valoraciones de neutralización: comportamiento del pH en sistemas ácido-base sencillos

Valoraciones de neutralización en sistemas sencillos

La reacción entre un ácido y una base se denomina neutralización. Según el carácter del ácido y de la base reaccionante se distinguen cuatro casos principales:

1. Ácido fuerte + base fuerte

Cuando un ácido fuerte se neutraliza con una base fuerte, el pH experimenta una variación brusca justo en el punto de equivalencia. Tomemos por ejemplo una disolución 0,1 N de HCl. La concentración [H⁺] es 10^-1 M, por lo que pH = 1. Si se añade 0,1 N de NaOH, los OH^- consumen los H⁺ para originar agua.

Cuando se han neutralizado 9/10 partes del ácido, [H⁺] = 10^-2 M y pH = 2. Si se han neutralizado 999/1000 partes del ácido, [H⁺] = 10^-4 M y pH = 4.

Basta entonces añadir 2/1000 partes de NaOH para neutralizar todo el ácido y originar un exceso de iones OH^- que estarán a una concentración 10^-4 M, lo que corresponde a pOH = 4 y pH = 10.

2. Ácido fuerte + base débil

Cuando un ácido fuerte como el HCl se neutraliza con una base débil (NH₃), el pH se mantiene muy bajo mientras aún existe ácido libre. Después de alcanzar la neutralidad, el ligero exceso de base débil eleva paulatinamente el pH, sin provocar cambios bruscos. En el punto de equivalencia de este tipo de valoración, la solución contiene el ácido conjugado de la base débil (por ejemplo, NH₄⁺), por lo que el pH es menor que 7.

3. Ácido débil + base fuerte

Si tenemos un ácido débil —por ejemplo, 0,1 N de ácido acético— el pH inicial es aproximadamente 2,88. Al añadir una base fuerte (0,1 N de NaOH), el pH se va aproximando a la neutralidad sin cambios bruscos durante gran parte del proceso; sin embargo, una vez neutralizado el ácido, basta añadir unas gotas de sosa en exceso para obtener un incremento brusco en el pH, como si sólo hubiera base libre.

En este caso, en el punto de equivalencia (cuando se ha añadido el mismo número de equivalentes de base que de ácido) el pH > 7. En el punto en que se han neutralizado la mitad de los equivalentes de ácido (es decir, cuando [AH] = [A^-]) se cumple que pH = pK_a.

4. Ácido débil + base débil

Al valorar un ácido débil (por ejemplo, acético) con una base débil (por ejemplo, NH₃), no se producen variaciones bruscas en el pH. Aparecerán regiones con capacidad amortiguadora. En general, habrá dos regiones con capacidad amortiguadora definidas por los equilibrios ácido-base: una asociada al ácido débil (relacionada con su pK_a) y otra asociada a la base débil (relacionada con su pK_b, o equivalentemente con el pK_a del ácido conjugado).

Relación de equivalentes en la neutralización

En el momento de la neutralización se cumple que el número de equivalentes de ácido que han reaccionado (N · V) es igual al número de equivalentes de la base (N' · V'):

N · V = N' · V'

Notas y recomendaciones:

• Terminología: «Valoración» y «titulación» se usan indistintamente para referirse al mismo procedimiento experimental.
• pH en el punto de equivalencia: depende de la fuerza relativa del ácido y de la base: fuerte/fuerte → pH ≈ 7; fuerte/ débil → pH < 7; débil/ fuerte → pH > 7; débil/ débil → pH cercano a la neutralidad pero sin inflexiones pronunciadas.
• Medidas prácticas: para identificar el punto de equivalencia en titulaciones con ácidos o bases débiles, conviene usar indicadores adecuados o un potenciómetro (curva pH vs volumen añadido).