Base débil

Al disolverse en agua, una base débil no se disocia completamente y la solución acuosa resultante contiene ion OH y el radical básico correspondiente en una pequeña proporción junto con una gran proporción de moléculas no disociadas de la base.

Las bases varían desde un pH mayor que 7 (7 es neutro, como el agua pura) hasta 14 (aunque algunas bases son mayores que 14). El pH tiene la fórmula:

Dado que las bases son aceptores de protones, la base recibe un ion hidrógeno del agua, H₂O, y la concentración restante de H⁺ en la solución determina el pH. Las bases débiles tendrán una mayor concentración de H⁺ porque están menos completamente protonadas que las bases más fuertes y, por lo tanto, quedan más iones de hidrógeno en la solución. Si conecta una mayor concentración de H⁺ en la fórmula, se obtendrá un bajo pH. Sin embargo, el pH de las bases generalmente se calcula utilizando la concentración de OH ^- para encontrar el pOH primero. Esto se hace porque la concentración de H⁺ no es parte de la reacción, mientras que la concentración de OH ^- sí lo es.

Al multiplicar un ácido conjugado (como NH₄⁺) y una base conjugada (como NH₃), se da lo siguiente:

Ya que ${displaystyle {K_{w}}=[H_{3}O^{+}][OH^{-}]}$ entonces, ${displaystyle K_{a} imes K_{b}=K_{w}}$

Al tomar logaritmos de ambos lados de la ecuación, se alcanza lo siguiente:

Finalmente, al multiplicar toda la ecuación por -1, la ecuación se convierte en:

Después de adquirir pOH de la fórmula de pOH anterior, el pH se puede calcular utilizando la fórmula pH = pK_w - pOH donde pK _w = 14.00.

Las bases débiles existen en el equilibrio químico de la misma manera que los ácidos débiles, con una constante de disociación de la base (K_b) que indica la fuerza de la base. Por ejemplo, cuando el amoníaco se pone en agua, se establece el siguiente equilibrio:

Bases que tienen un gran K _b se ionizan más completamente y son bases por lo tanto más fuertes. Como se indicó anteriormente, el pH de la solución depende de la concentración de H ^+, que está relacionada con la concentración de OH ^- por la constante auto-ionización (K _w = 1.0x10 ^-14). Una base fuerte tiene una concentración de H ⁺ más baja porque están completamente protonadas y quedan menos iones de hidrógeno en la solución. Una concentración ⁺ H inferior significa también una mayor concentración de OH ^- y por lo tanto, un K_b más grande_.

NaOH (s) (hidróxido de sodio) es una base más fuerte que (CH₃CH₂)₂NH (1) (dietilamina) que es una base más fuerte que NH₃ (g) (amoníaco). A medida que las bases se hacen más débiles, más pequeños se vuelven los valores de K_b.^[1]​

Como se vio anteriormente, la resistencia de una base depende principalmente del pH. Para ayudar a describir las fortalezas de las bases débiles, es útil conocer el porcentaje protonado, el porcentaje de moléculas base que han sido protonadas. Un porcentaje más bajo se corresponderá con un pH más bajo porque ambos números resultan de la cantidad de protonación. Una base débil está menos protonada, lo que lleva a un pH más bajo y un porcentaje más bajo protonado.^[2]​

El típico equilibrio de transferencia de protones aparece como tal:

B representa la base.

En esta fórmula, [B] _inicial es la concentración molar inicial de la base, asumiendo que no se ha producido protonación.

Calcule el pH y el porcentaje de protonación de una solución acuosa de piridina, ₂₀ M, C₅H₅N. La K_b para C₅H₅N es 1.8 x 10⁻⁹.^[3]​

Primero, escribe el equilibrio de transferencia de protones:

La tabla de equilibrio, con todas las concentraciones en moles por litro, es

Esto significa que el 0,0095% de la piridina está en la forma protonada de C₅H₅NH⁺.