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Fig. 1: Cuando añadimos sal a agua hirviendo, esta desaparece de nuestra vista, pero no desaparece de la disolución.
En este artículo aprenderemos sobre el grado de disociación, la constante de disociación y otros conceptos que afectan a la disociación. ¡Sigue leyendo para aprender más!
- Este artículo trata sobre el grado de disociación.
- En primer lugar, veremos qué es la disociación química.
- A continuación, aprenderemos la fórmula para calcular el grado y el porcentaje de disociación.
- Posteriormente, analizaremos qué es la constante de disociación.
- Después de saber qué es la constante de disociación, revisaremos los cuatro tipos que existen: la constante de disociación general, la constante de disociación ácida, la constante de disociación básica y la constante de disociación del agua.
- Terminaremos este artículo resolviendo algunos problemas de equilibrio, para afianzar todos los conceptos aprendidos.
Disociación química
El concepto de disociación en química se refiere a un proceso mediante el cual las moléculas se separan en sus componentes, ya sean iones o átomos, de forma reversible.
Fórmula para calcular el grado de disociación
La fórmula general de la disociación es la siguiente:
$$AB\rightleftharpoons A+B$$
Siendo AB un compuesto y A y B los componentes que lo forman.
Estos son algunos ejemplos de disociación y sus correspondientes fórmulas:
Un ejemplo de disociación es la disociación del agua:
$$H_{2}O_{(l)}\rightleftharpoons H^{+}_{(aq)}+OH^{-}_{(aq)}$$
Otro ejemplo muy común es la disociación del cloruro sódico (NaCl):
$$NaCl_{(s)}\rightleftharpoons Na^{+}_{(aq)}+Cl^{-}_{(aq)}$$
Ahora, veamos qué es el grado de disociación:
El grado de disociación (α) es el cociente entre la cantidad de sustancia que se ha disociado y la cantidad total de sustancia que teníamos en un principio.
El grado de disociación depende de la temperatura a la que está la disolución, el tipo de sustancia que esté reaccionando, la concentración de la sustancia que esté reaccionando y el tipo de disolvente en el que se encuentre la disolución.
Veamos, a continuación, qué es la constante de disociación, muy importante para conocer cuál es el grado de disociación.
Constante de disociación
La constante de disociación es un tipo de constante de equilibrio que mide la tendencia de una especie a disociarse (separarse) en componentes más pequeños. Estas reacciones de disociación son reversibles, lo que significa que se puede recuperar la especie original.
Por ejemplo, observa la disociación del dímero de Gomberg:
Fig. 2: El dímero de Gomberg se disocia en dos mitades.
Las constantes de disociación son constantes de equilibrio, por lo que nos indican qué lado del equilibrio se ve favorecido:
- Si la constante de disociación es grande (>1), significa que se favorecen los productos (es decir, se favorece la disociación).
- Si la constante de disociación es pequeña (<1), significa que se favorece al reactivo (es decir, la especie tiende a no disociarse).
Existen varios tipos de constantes de disociación:
- La constante de disociación general: Kc.
- La constante de disociación de ácidos: Ka.
- La constante de disociación de bases: Kb.
- La constante de disociación del agua: Kw.
Porcentaje de disociación
El porcentaje de disociación se calcula a partir de la fórmula del grado de disociación, multiplicando el resultado por 100. La fórmula es la siguiente:
\[\alpha \% =\frac{cantidad\ de\ sustancia\ disociada}{cantidad\ de\ sustancia\ total}\cdot 100\]
¿Qué es Kc en química?
La constante de disociación general (Kc) mide la tendencia de una especie a descomponerse en sus componentes.
Para una disociación general:
$$A_aB_b \rightleftharpoons aA + bB$$
La fórmula para la constante de disociación es:
$$K_d=\frac{[A]^a[B]^b}{[A_aB_a]}$$
Donde:
- [A] es la concentración de la especie A.
- [B] es la concentración de la especie B.
- [AaBb] es la concentración de la especie AaBa.
- Kc es la constante dedisociación.
La constante de disociación puede utilizarse para procesos como la disociación de un complejo de coordinación (compuesto con un centro metálico unido a otras especies llamadas ligandos) o la disociación de una sal.
Por ejemplo, esta es la disociación de [Ag(NH3)2]+ (un complejo de coordinación):
$$Ag(NH_3)_2^+ \rightleftharpoons Ag^+ + 2NH_3$$
$$K_d=\frac{[Ag^+][NH_3]^2}{[Ag(NH_3)_2^+]}$$
Y he aquí la disociación del NaCl (una sal):
$$NaCl \rightleftharpoons Na^+ + Cl^-$$
$$K_d=\frac{[Na^+][Cl^-]}{[NaCl]}$$
¿Qué es Ka en química?
La constante de disociación ácida (Ka) mide la fuerza de un ácido.
La base conjugada es la especie que resulta de la pérdida de su protón (y que ahora puede actuar como base).
La disociación del ácido puede se puede escribir de dos maneras:
- Incluyendo el agua.
- No incluyendo el agua.
Revisemos ambos casos:
Incluyendo el agua
Para una disociación general:$$HA_{(aq)} + H_2O_{(l)} \rightleftharpoons H_3O^+_{(aq)} + A^-_{(aq)}$$
Donde:
- HA es nuestro ácido.
- A- es nuestra base conjugada.
La ecuación para Ka es:
$$K_a=\frac{[H_3O^+][A^-]}{[HA]}$$
Donde:
- [H3O+] es la concentración del ion hidronio.
- [A-] es la concentración de la base conjugada.
- [HA] es la concentración del ácido.
Sin incluir el agua
Para una disociación general:
$$HA_{(aq)} \rightleftharpoons H^+_{(aq)} + A^-_{(aq)} $$
La ecuación para Ka es:
$$K_a=\frac{[H^+][A^-]}{[HA]}$$
Ka mide la fuerza de un ácido. Cuanto mayor es Ka, más fuerte es el ácido, ya que hay una mayor concentración de iones H+/H3O+.
¿Qué es Kb en química?
La constante de disociación de una base (Kb) mide su fuerza.
El ácido conjugado es la especie que resulta cuando la base gana un protón (y, ahora, puede actuar como ácido).
Al igual que con la constante de disociación de los ácidos, hay dos formas de escribirla:
Incluyendo el agua
Para una disociación general:
$$B_{(aq)} + H_2O_{(l)} \rightleftharpoons BH^+_{(aq)} + OH^-_{(aq)}$$
Donde:
- B es nuestra base.
- BH+ es nuestro ácido conjugado.
La ecuación para Kb es:
$$K_b=\frac{[BH^+][OH^-]}{[B]}$$
Donde:
- [BH+] es la concentración del ácido conjugado
- [OH-] es la concentración del ion hidróxido
- [B] es la concentración de la base.
Sin incluir el agua
Para una disociación general:
$$BOH_{(aq)} \rightleftharpoons B^+_{(aq)} + OH^-_{(aq)}$$
Donde:
- BOH es nuestra base.
- B+ es el ácido conjugado.
La ecuación para Kb es:
$$K_b=\frac{[B^+][OH^-]}{[BOH]}$$
Al igual que con Ka, la magnitud de Kb determina la fuerza de una base. Sin embargo, en lugar de que la fuerza provenga de la concentración de H+/H3O+, proviene de la concentración de OH-.
Aquí tienes una tabla con algunas bases comunes y sus valores Kb:
| Nombre de la base | Valor de Kb |
| Hidróxido de litio (LiOH) | 2.29·100 |
| Hidróxido de potasio (KOH) | 3.16·10-1 |
| Hidróxido de sodio (NaOH) | 6.31·10-1 |
| Amoníaco (NH3) | 1.77·10-5 |
| Hidróxido de amonio (NH4OH) | 1.79·10-5 |
| Piridina (C5H5N) | 1.78·10-9 |
¿Qué es Kw en química?
La constante de disociación del agua (Kw) describe cómo se disocia el agua en sus iones.
La reacción de disociación es:
$$H_2O \rightleftharpoons OH^- + H^+$$
Por lo tanto, la fórmula para Kw es:
$$K_w=[OH^-][H^+]$$
Donde:
- [OH-] es la concentración del ion hidróxido.
- [H+] es la concentración del ion hidrógeno.
El valor de Kw depende de la temperatura. El valor estándar (a temperatura ambiente, que es de aproximadamente 25°C) es 1,00·10-14.
A continuación puedes observar una tabla de valores de Kw en función de la temperatura:
| Temperatura (°C) | Kw |
| 10 | 0.29·10-14 |
| 15 | 0.45·10-14 |
| 20 | 0.69·10-14 |
| 25 | 1.01·10-14 |
| 30 | 1.47·10-14 |
Tabla 2: bases y valores Kw
Basándonos en esto, podemos ver que un aumento de la temperatura provoca un aumento de la disociación.
$$K_a*K_b=K_w$$
De esta fórmula deducimos dos cosas:
- Podemos calcular Ka, cuando nos dan Kb, y viceversa.
- La fuerza del ácido y la base conjugada están inversamente relacionadas.
Si un ácido es muy fuerte, su base conjugada será débil, y viceversa.
Por ejemplo, tomemos el ácido yodhídrico (Ka=2·109):
$$K_w=K_a\times K_b$$$$K_b=\frac{K_w}{K_a}$$$$K_b=\frac{1\times 10^{-14}}{2\times 10^9}$$$$K_b=5\times 10^{-24}$$Por lo tanto, la base conjugada, yoduro (I-) es una base muy débil.
Problemas de equilibrio
Hagamos ahora algunos problemas de equilibrio, para entender mejor todo lo que hemos visto:
Tenemos un recipiente con una capacidad de 1 L, en el que introducimos 2 moles de pentacloruro de fósforo (PCl5) y se calienta a una temperatura de 450 K.
Cuando se alcanza el equilibrio, la reacción es la siguiente:
$$PCl_{5\ (g)}\rightleftharpoons PCl_{3\ (g)}+Cl_{2\ (g)}$$En el equilibrio, PCl5 está disociado en un 36%
Calcula el valor de Kc a 450 K.Solución: Lo más cómodo y rápido para resolver este tipo de problemas es hacer una tabla como la siguiente:| PCl5 | PCl3 | Cl2 | |
| Moles iniciales | 2 | - | - |
| Moles que reaccionan | 0.72 (esto viene de calcular el 36% de 2) | - | - |
| Moles formados | - | 0.72 | 0.72 |
| Moles en equilibrio | 1.28 (esto viene de 2-0.72) | 0.72 | 0.72 |
Tabla 3: Recopilación de los datos del ejercicio.
$$M \en \ equilibrio=\frac{1.28\ mol}{1\ L}=1.28\M$$Teniendo estos datos, podemos calcular Kc gracias a la fórmula que ya conocemos:
$$K_{c}=\frac{[Cl_{2}][[PCl_{3}]}{[PCl_{5}]}$$Sustituyendo los datos, tenemos que Kc es:
$$K_{c}=\frac{0.72\cdot 0.72}{1.28}$$$$K_{c}=0.41$$Veamos otro ejemplo:
Tenemos un recipiente de 2L de capacidad en el que introducimos 0.42 moles de nitrógeno (N2) y 0.82 moles de hidrógeno (H2). Calentamos esta mezcla hasta llegar a los 527ºC y alcanzamos el equilibrio y vemos que se han formado 0.06 moles de amoníaco. La reacción es la siguiente:
N_{2\ (g)}+3H_{2\ (g)}\rightleftharpoons 2NH_{3\ (g)}$$
Fig. 3: Representación molecular del amoníaco (NH3).
Con esta información, calcula:
- El grado de disociación del hidrógeno y del nitrógeno.
- Kc a 527ºC.
Solución:
Hagamos la misma tabla del ejemplo anterior. Pero, en este caso, no podemos sacar todos los datos de manera directa, por lo que tendremos que hacer algunos cálculos para tener toda la información necesaria:
| N2 | H2 | ||
| Moles iniciales | 0.42 | 0.84 | - |
| Moles que reaccionan | x (ya que no conocemos la cantidad de moles que reaccionan) | 3x (ya que no conocemos la cantidad de moles que reaccionan, pero sabemos que por cada mol de N2 reaccionan 3 moles de H2, de ahí el 3) | - |
| Moles que se forman | - | - | 2x |
| Moles en el equilibrio | 0.42-x | 0.84-3x | 2x |
De esta tabla podemos sacar la siguiente información:
$$2x=0.06\rightarrow x=\frac{0.06}{2}\rightarrow x=0.03\ moles$$
Por lo tanto, sustituyendo los datos en la tabla, teniendo en cuenta que x=0.03:
| N2 | 3H2 | 2NH3 | |
| Moles iniciales | 0.42 | 0.84 | - |
| Moles que reaccionan | x (ya que no conocemos la cantidad de moles que reaccionan) | 3x (ya que no conocemos la cantidad de moles que reaccionan, pero sabemos que por cada mol de N2 reaccionan 3 moles de H2, de ahí el 3) | - |
| Moles que se forman | - | - | 0.06 |
| Moles en el equilibrio | 0.39 | 0.75 | 0.06 |
| Molaridad (M) en el equilibrio | 0.195 | 0.375 | 0.03 |
Como puedes ver, hemos añadido una última fila en esta tabla. Los datos salen de aquí:
$$M(N_{2})=\frac{0.39}{2}=0.195\ M$$$$M(H_{2})=\frac{0.75}{2}=0.375\ M$$$$M(NH_{3})=\frac{0.06}{2}=0.03\ M$$Teniendo en cuenta esto, podemos calcular el grado de disociación del nitrógeno y del hidrógeno:
Empecemos con el hidrógeno (H2):
\alpha (H_{2})=\frac{numero\ moles\ que\ reaccionan}{numero\ de\ moles\ iniciales}=\frac{3\cdot 0.03}{0.84}\alpha (H_{2})=0.107=10.7\ \%$$Ahora, veamos el nitrógeno (N2):
$$\alpha (N_{2})=\frac{0.03}{0.42}$$$$\alpha (N_{2})=0.071\ \%=7.1$$Luego, calculamos Kc:
$$K_{c}=\frac{[NH_{3}]^{2}}{[N_{2}][H_{2}]^{3}}=\frac{0.03^{2}}{0.195\cdot 0.375^{2}}$$$$K_{c}=0.0875$$¡Esperamos que ahora seas un experto en el grado de disociación!
Grado de disociación - Puntos clave
- El concepto de disociación en química se refiere a un proceso mediante el cual las moléculas se separan en sus componentes, ya sean iones o átomos, de forma reversible.
- La constante de disociación es un tipo de constante de equilibrio que mide la tendencia de una especie a disociarse (separarse) en componentes más pequeños.
- La constante de disociación general (Kd) mide la tendencia de una especie a descomponerse en sus componentes.
- La constante de disociación ácida (Ka) mide la fuerza de un ácido.
- La constante de disociación de una base (Kb) mide su fuerza.
- La constante de disociación del agua (Kw) describe cómo se disocia el agua en sus iones.
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Preguntas frecuentes sobre Grado de disociación
¿Cómo se calcula el grado de disociación?
El grado de disociación (α) se calcula dividiendo la cantidad de sustancia que se ha disociado entre la cantidad total de sustancia que teníamos en un principio.
¿Qué es el grado de disociación y de qué factores depende?
El grado de disociación (α) es el cociente entre la cantidad de sustancia que se ha disociado y la cantidad total de sustancia que teníamos en un principio.
Depende de la cantidad de sustancia que tengamos al principio y al final de la reacción, de la temperatura a la que se encuentre la disolución, el tipo de sustancia que esté reaccionando y el tipo de disolvente en el que se encuentre la disolución.
¿Cuándo varía el grado de disociación?
El grado de disociación varía dependiendo de la cantidad de sustancia que tengamos al principio y al final de la reacción, de la temperatura a la que se encuentre la disolución, el tipo de sustancia que esté reaccionando y del tipo de disolvente en el que se encuentre la disolución.
¿Qué significa el porcentaje de disociación?
El porcentaje de disociación se refiere a la cantidad de sustancia que se ha separado en sus iones, representado en tanto por ciento.
¿Cómo calcular el grado de disociación del ácido acético?
Para calcular el grado de disociación del ácido acético, necesitaremos dividir la cantidad de iones que tenemos (CH3COO- y H+) entre la cantidad de ácido acético (CH3COOH) que teníamos en un principio.
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