Teorías ácido-base e hidrólisis

a) El pH aumenta (la disolución se hace menos ácida).

El ácido acético está en equilibrio:$$\text{CH}_3\text{COOH} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}_3\text{O}^+$$El acetato de sodio es una sal soluble que se disocia por completo y aporta ion acetato, que ya está en ese equilibrio:$$\text{CH}_3\text{COONa} \longrightarrow \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{Na}^+$$Por el principio de Le Châtelier, ese exceso de $\text{CH}_3\text{COO}^-$ desplaza el equilibrio hacia la izquierda: disminuye $[\text{H}_3\text{O}^+]$ y, en consecuencia, el pH sube. Es el efecto del ion común.

Además, la mezcla de un ácido débil con su base conjugada forma una disolución reguladora (tampón), capaz de mantener el pH casi constante frente a pequeñas adiciones de ácido o de base.

b) Neutralización $\text{Ca(OH)}_2$ + $\text{HCl}$.

El hidróxido de calcio aporta dos iones $\text{OH}^-$ por fórmula, así que hacen falta dos moléculas de ácido:$$\text{Ca(OH)}_2(ac) + 2\,\text{HCl}(ac) \longrightarrow \text{CaCl}_2(ac) + 2\,\text{H}_2\text{O}(l)$$En forma iónica neta, la reacción es simplemente $\text{H}_3\text{O}^+ + \text{OH}^- \rightarrow 2\,\text{H}_2\text{O}$.

c) El $\text{NH}_4\text{Cl}$ da disolución de pH ácido.$$\text{NH}_4\text{Cl} \longrightarrow \text{NH}_4^+ + \text{Cl}^-$$

• $\text{NH}_4^+$ es el ácido conjugado del $\text{NH}_3$, que es una base débil. Por tanto sí se hidroliza y libera protones:

$$\text{NH}_4^+ + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_3 + \text{H}_3\text{O}^+$$

• $\text{Cl}^-$ es la base conjugada del $\text{HCl}$, un ácido fuerte: es una base despreciable y no se hidroliza.

Solo uno de los dos iones reacciona, y libera $\text{H}_3\text{O}^+$: la disolución es ácida (pH < 7). Regla general: sal de ácido fuerte y base débil $\rightarrow$ medio ácido.

d) El más fuerte es el $\text{HF}$.

Cuanto mayor es $K_a$, más desplazado está el equilibrio de disociación y más protones cede el ácido:$$K_a(\text{HF}) = 3{,}6\cdot 10^{-4} \;>\; K_a(\text{CH}_3\text{COOH}) = 1{,}8\cdot 10^{-5} \;>\; K_a(\text{HCN}) = 4{,}9\cdot 10^{-10}$$Orden de acidez decreciente: $\text{HF} > \text{CH}_3\text{COOH} > \text{HCN}$.

Y, por la relación inversa entre pares conjugados, el orden de basicidad de sus bases conjugadas es el contrario: $\text{CN}^- > \text{CH}_3\text{COO}^- > \text{F}^-$.