Hidrólisis de Sales

La hidrólisis de sales es un capítulo del tema de equilibrios ácido base de Química de 2º de Bachillerato que genera bastante confusión entre los estudiantes, debido a que los libros de texto y muchos profesores de Química no son lo bastante claros explicando la teoría de este tema, e insisten en simplificaciones que confunden más que aclaran.

Todas las sales son compuestos iónicos, formados por un ion positivo y un ion negativo, que se combinan en diversas estequiometrías, según sus cargas, para formar compuestos eléctricamente neutros. El ion positivo o catión de una sal siempre es el ácido conjugado de una base, y el ion negativo o anión siempre es la base conjugada de un ácido. Los ácidos y bases de los que proceden los iones de una sal son aquéllos cuya reacción de neutralización da lugar a la sal en cuestión.

Ejemplo: el nitrato de potasio es una sal que en agua se disocia así: KNO₃ → K⁺ + NO₃^–.

• El catión K⁺ es el ácido conjugado del KOH
• El anión NO₃^– es la base conjugada del HNO₃
• La reacción de neutralización que se da entre estas sustancias es:

KOH + HNO₃ → KNO₃ + H₂O

Ejemplo: el sulfuro de amonio en agua se disocia así: (NH₄)₂S → 2NH₄⁺ + S^2–.

• El catión NH₄⁺ es el ácido conjugado del NH₃
• El anión S^2– es la base conjugada del H₂S
• La reacción de neutralización que se da entre estas sustancias es:

2 NH₃ + H₂S → (NH₄)₂S

Pero cuando estos compuestos iónicos se disuelven, sus iones componentes en disolución tienen a veces la capacidad de intercambiar H⁺ con el agua, dando lugar a un comportamiento ácido o básico. La predicción de este comportamiento ácido-base de las sales es sencilla, pero debido a la manera en que los libros de texto están redactados, muchos estudiantes encuentran este capítulo difícil de entender y de aplicar.

Fuerza relativa de ácidos y bases

Los ácidos y bases se clasifican en fuertes y débiles según cómo de grande es su tendencia a disociarse como tales ácidos y bases. Pero, ¿cómo medimos en Química la tendencia a que las reacciones químicas sucedan? Pues eso se mide mediante las constantes de equilibrio; en este caso, usamos las constantes de equilibrio de las reacciones de disociación, que llamamos constantes de acidez (K_a) o constantes de basicidad (K_b).  Así:

• Un ácido es una sustancia que tiende a ceder protones al disolvente o a cualquier base del medio; decimos que es un ácido fuerte si esta tendencia es grande, y decimos que es un ácido débil si esta tendencia no es grande. Así, un ácido es fuerte si tiene una constante K_a grande, que tiende a infinito, es decir: si la disociación ácida es completa o irreversible. Esto significa que los ácidos fuertes se disocian completamente, todas las moléculas dan su protón.
• En cambio, decimos que un ácido es débil si su tendencia a disociarse no es grande (o sea, si tiene una K_a pequeña). Esto significa que se disocia parcialmente o reversiblemente, es decir, hasta alcanzar cierto equilibrio entre su forma disociada y su forma no-disociada.
• Son fuertes los ácidos HCl, HBr, HI, H₂SO₄, HNO₃, HClO₄, y son débiles todos los demás.

Y pasa lo mismo con las bases. Las bases son sustancias que en disolución tienden a robar protones o a ceder iones OH- (lo que en agua es lo mismo).

• • Son bases fuertes las que se disocian al 100% (y tienen constantes de equilibrio de disociación básica K_b grandes o infinitas).
  • Son débiles las que se disocian sólo en parte, alcanzando un equilibrio entre las formas disociada y no disociada (y tienen K_b pequeña).
  • Son bases fuertes los hidróxidos de los metales de los grupos 1 y 2 de la Tabla Periódica (menos el Be), y son débiles todas las demás.

Fuerza relativa de ácidos y bases conjugados

Podemos asumir que en general cualquier ácido o base son en general débiles, es decir, alcanzan un equilibrio de disociación, y que los fuertes son un caso particular en que la constante del equilibrio de disociación tiene un valor altísimo. Desde este punto de vista, la especie que se obtiene tras la disociación de un ácido es una base conjugada, porque puede volver a protonarse, y la que se obtiene de la disociación de una base es su ácido conjugado, porque puede volver a desprotonarse.

Para cada par conjugado ácido-base, se cumple que la constante del ácido conjugado y la de la base conjugada cumplen que: K_a·K_b = K_w = 10^–14. Y aquí es donde viene el error. Esto significa que cuanto más fuerte es un ácido más débil es su base conjugada, y viceversa. Pero no significa que “si un ácido es fuerte, su base conjugada es débil, y si un ácido es débil su base conjugada es fuerte”. Significa que:

– si un ácido es fuerte (K_a grande o infinita), su base conjugada es nula (K_b=0)

– si un ácido es débil (K_a pequeña), su base conjugada es débil (K_b pequeña)

– si un ácido es nulo (K_a=0), su base conjugada es fuerte (K_b grande)

Y se pueden establecer los enunciados equivalentes, a la inversa, para la fuerza relativa de los ácidos conjugados de las bases fuertes, débiles y nulas.

Esto es lo que deberían poner los libros de texto, para no inducir a error.

Por ejemplo: si el ácido bromhídrico es un ácido fuerte (HBr, K_a→infinito), su base conjugada es el ion bromuro, y es una base conjugada nula (Br-, K_b= K_w/K_a = 0) que no es capaz de intercambiar protones con el agua, y por eso no da hidrólisis. La disociación del HBr es completa e irreversible, así que el ion bromuro no recupera el H⁺ cuando disolvemos una sal como el bromuro de sodio (NaBr). Así, la sal no modifica el pH del agua, y las disoluciones del ion Br- son neutras.

Por ejemplo: si el ácido acético o etanoico es un ácido débil (CH₃COOH, K_a=1.8×10^-5), su base conjugada, que es el anión acetato o etanoato (CH₃COO^–, K_b= K_w/K_a = 5.6×10^-10) no es una base fuerte, sino que también es débil. Por eso la sal acetato de sodio (CH₃COONa) da lugar a hidrólisis básica, y sus disoluciones acuosas son moderadamente básica.

Por ejemplo: si el etanol es un ácido nulo (CH₃CH₂OH, K_a ≈ 10^-16), su base conjugada (anión etóxido, CH₃CH₂O^–) es una base fuerte (K_b = K_w/K_a = 100), y por eso el etóxido de sodio o alcoholato de sodio (CH₃CH₂ONa) es una base fuerte en disolución, y da disoluciones básicas.

No es correcto decir que como el ácido acético es débil, su base conjugada el ion acetato es fuerte. Tampoco es correcto decir que como el ácido bromhídrico es fuerte, su base conjugada el ion bromuro es débil, porque el bromuro no es capaz de abstraer protones de la molécula de agua.

Lo correcto es decir que como el ácido acético es débil, el acetato también es débil. Y como el bromhídrico es un ácido fuerte, el ion bromuro no tiene comportamiento básico.

Ejemplos de ejercicios tipo selectividad

Selectividad Andalucía 2022-Reserva3-B5: Justifique el pH de las disoluciones acuosas de las siguientes sales: a) NaNO₃; b) NaCN; c) NH₄Cl.

a) El nitrato de sodio es una sal de ácido fuerte y base fuerte, que se forma en la reacción de neutralización siguiente: HNO₃ + NaOH → NaNO₃ + H₂O. Por tanto, al disolverse en agua se disocia dando los iones: NaNO₃(s) → Na⁺(ac) + NO₃^–(ac).

El Na⁺ es el ácido conjugado de la base fuerte NaOH, por tanto es un ácido conjugado nulo. No da lugar a ninguna reacción de hidrólisis.

El ion NO₃^– es la base conjugada del ácido fuerte HNO₃, por tanto tampoco da hidrólisis.

Como ninguno de estos iones intercambia protones con el agua, no modifican el pH neutro del agua, y las disoluciones de esta sal son neutras.

b) El cianuro de sodio es una sal de ácido débil y base fuerte, y la reacción de neutralización en la que se obtiene es: HCN + NaOH → NaCN + H₂O. Por tanto, al disolverse en agua se disocia dando los iones: NaCN(s) → Na⁺(ac) + CN^–(ac).

El ion Na⁺ procede de una base fuerte, así que no da lugar a hidrólisis.

El ion CN^– es la base conjugada del ácido débil HCN, por tanto da lugar a la reacción de hidrólisis básica: CN^– + H₂O ⇄ HCN + OH^–.

Las disoluciones de NaCN son, por tanto, básicas (pH>7).

c) El cloruro de amonio es una sal de ácido fuerte y base débil, que se puede obtener mediante la reacción de neutralización: HCl + NH₃ → NH₄Cl Cuando se pone en contacto con agua, esta sal se disocia según: NH₄Cl(s) → NH₄⁺(ac) + Cl^–(ac).

El ion Cl^– procede de un ácido fuerte, así que es una base nula, y no da hidrólisis.

Pero el ion NH₄⁺ es el ácido conjugado de una base débil, y por tanto es un ácido conjugado débil, y da lugar a la reacción de hidrólisis: NH₄⁺ + H₂O ⇄ NH₃ + H₃O⁺.

Por eso las disoluciones de NH₄Cl son ácidas (pH<7).

Estudiante, RECUERDA:

Los ácidos y bases débiles siempre están en equilibrio con su conjugado (y su conjugado con ellos). Ser débil significa tener la capacidad de estar siempre en equilibrio con el conjugado.

Los ácidos y bases fuertes se disocian irreversiblemente (y sus especies conjugadas carecen de la capacidad de intercambiar protones con el agua para regenerarlos). Ser fuerte significa disociarse de manera irreversible, y entonces los conjugados no modifican el pH del medio.