Hidrólisis de sales

¿Qué es la hidrólisis?

En concreto, en cuanto a la relación con las sales, podemos decir que:

¿Qué es una sal en química?

Pero, ¿qué son todos estos términos? A continuación te daremos un breve resumen de los conceptos principales que encontrarás en este tema.

El enlace iónico es diferente de los enlaces covalentes, en los que los electrones se reparten a partes iguales entre los dos átomos. La formación de un enlace iónico crea un átomo con un electrón perdido, que será positivo cuando el enlace se disocie; y un átomo con un electrón adicional, que será negativo si el enlace iónico se disocia.

Fig. 2: Formación de un enlace iónico entre el sodio (Na) y el cloro (Cl), para formar cloruro sódico (NaCl).

Pero, ¿Cómo se colocan estos dos iones (el catión y el anión) en las sales para formar su estructura específica y darles sus propiedades químicas? La fórmula general de las sales puede ayudarnos a aclararlo.

En general, las sales están formadas por un enlace iónico entre el catión y el anión:

$$Cation^{a+}_{b}\ Anion^{c-}_{d}$$

$$Donde\ a\cdot b=c\cdot d$$

Entonces, tenemos que la fórmula general de las sales nos dice que se componen de esta interacción electrostática entre el catión y el anión. Pero, ¿Cómo se unen muchas moléculas para formar una estructura salina mayor? En realidad, esta tendencia continúa y forma grandes estructuras cristalinas. En este caso, el cristal de sal está formado por grandes estructuras que alternan grandes aniones negativos y pequeños cationes positivos.

Así se crea, en realidad, una estructura regular muy fuerte, que confiere a la sal sus propiedades físicas de altos puntos de fusión y su capacidad para disolverse en disolventes polares. Aunque, los verdaderos determinantes de la estructura son, en realidad, los elementos que intervienen en el enlace iónico para formar la sal.

En la siguiente sección hablaremos de los elementos que suelen unirse para formar las sales, así como entraremos en detalle en cuáles elementos pueden convertirse en cada ion (catión y anión) y cuáles no.

Formación de sales

Las sales se forman por la reacción entre un ácido y una base:

$$Acido\ +\ base\rightarrow sal\ +\ agua$$

Veamos un ejemplo:

Fig. 3: La sal común, o cloruro sódico (NaCl), se forma gracias a la siguiente reacción:

$$HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_{2}O$$

Tipos de sales

Podemos clasificar los tipos de sales que existen de acuerdo con tres criterios:

• Según el número de elementos diferentes que la forman.
• Según su carácter ácido-base.
• Según los ácidos y bases de los que provienen.

Según el número de elementos que la forman

Según el número de elementos diferentes que forman una sal, podemos encontrar distintos tipos:

• Sales binarias.
• Sales ternarias.
• Sales cuaternarias.

Analicemos cada uno en profundidad.

Sales binarias

Generalmente, las sales binarias están formadas por un elemento metálico y un elemento no metálico.

Sales ternarias

Por lo general, este tipo de sales están formadas por un metal y un anión poliatómico, o bien por un catión poliatómico y un no metal.

Sales cuaternarias

Normalmente, las sales cuaternarias están formadas por un metal, un no metal, hidrógeno y oxígeno. Otra posibilidad para formar sales cuaternarias es uniendo el catión amonio (NH₄⁺), junto con un anión poliatómico.

Según su carácter ácido-base

En el caso que estamos revisando, la reacción de un ácido y una base da como producto una sal, que contiene el catión de la base, el anión del ácido y una molécula de agua. El comportamiento de la sal depende de las propiedades ácido-base de los iones presentes en ella: puede ser ácida, básica o neutra.

Sales ácidas

Las disoluciones formadas a partir de una sal ácida tiene pH ácido; es decir, pH < 7.

Sales neutras

Normalmente, este tipo de sales proviene de un ácido fuerte y una base fuerte; no tienen ningún efecto sobre el pH de la solución.

Sales básicas

Las disoluciones formadas por sales básicas tienen un pH básico; es decir, pH > 7.

Según los ácidos y bases de los que provienen

Esta clasificación es parecida a la anterior, pero quizá sea más útil para ti de cara a los exámenes, ya que los problemas se suelen plantear según esta clasificación. Veamos un ejemplo de cada tipo de sal y cómo influye en la hidrólisis el tipo de reactivo del que provengan:

Sales provenientes de un ácido fuerte y una base fuerte

Por lo tanto, podemos deducir que, cuando las sales provienen de un ácido fuerte y una base fuerte y se mezclan con agua, el pH de la disolución no cambia porque no se produce hidrólisis del agua.

Sales provenientes de un ácido débil y una base fuerte

Por lo tanto, cuando tenemos sales provenientes de un ácido débil y una base fuerte y las diluimos el agua, sí se producirá la hidrólisis y el pH se volverá más básico, es decir, pH > 7.

Sales provenientes de un ácido fuerte y una base débil

Por lo tanto, ahora sabemos que cuando las sales provienen de un ácido fuerte y una base débil y se mezclan con agua, el pH de la disolución disminuye y la disolución es más ácida (pH < 7).

Sales provenientes un ácido débil y una base débil

Por lo tanto, en este caso, no podemos saber directamente si la disolución será ácida o básica y tendremos que hacer varios cálculos. Explicaremos esto detalladamente a continuación.

Constante de equilibrio de hidrólisis

Las constantes de equilibrio de hidrólisis son importantes en química, porque nos permiten calcular el valor del pH, al valorar las disoluciones. En la hidrólisis tenemos dos tipos de constantes: la constante de disociación ácida y la constante de disociación básica.

Constante de disociación ácida

La fórmula general de la disociación de un ácido es la siguiente:

$$HA\rightleftharpoons A^{-}+H^{+}$$

La fórmula para calcular la constante de acidez es la siguiente:

$$K_{a}=\frac{[A^{-}][H^{+}]}{[HA]}$$

Además, a partir de K_a, podemos conocer el valor de pK_a con de la siguiente fórmula:

$$pK_{a}=-log_{10}Ka$$

Ten en cuenta, también, que la fórmula general de la disolución de un ácido es la siguiente:

$$HA + H_{2}O \rightleftharpoons A^{-} + H_{3}O^{+}$$

Como ya hemos dicho, podemos conocer también el valor de pH gracias a pKa, aplicando la siguiente fórmula:

$$pH=pK_{a}+log\frac{[A^{-}]}{[HA]}$$

Constante de disociación básica

La fórmula general de la constante de basicidad es:

$$HB\rightleftharpoons B^{-}+H^{+}$$

Cuando una base se disuelve en agua, tenemos el siguiente equilibrio de disociación:

$$B + H_{2}O \rightleftharpoons HB^{+} + OH$$

La fórmula para calcular la constante de basicidad es la siguiente:

$$K_{b}=\frac{[HB^{+}][OH^{-}]}{[B]}$$

Al igual que en el caso de Ka, podemos conocer el valor de pKb a partir del valor de Kb:

$$pK_{b}=-log_{10}Ka$$

Para poder calcular el valor del pH de una disolución a partir de pK_b, tenemos que obtener el valor de pKa para su mismo ácido; esto es posible gracias a la siguiente relación entre ambos:

$$pK_{a}+pK_{b}=14$$

Simplemente, tenemos que sustituir el valor de pK_b y obtendremos el valor de pK_a.

Posteriormente, aplicamos la fórmula que hemos visto anteriormente:

$$pH=pK_{a}+log\frac{[A^{-}]}{[HA]}$$

Ejercicios de hidrólisis de sales

Veamos ahora algunos ejercicios de hidrólisis de sales, para asegurarnos de haberlo entendido bien:

Ya hemos visto cómo podemos calcular el pH a partir del valor de K_a o pK_a. Pero, ¿Cómo se haría esto a la inversa?, es decir: ¿Cómo calcularías el valor de K_a o pK_a a partir del valor de pH? Veamos un ejemplo de cálculo de la constante de acidez, sabiendo el valor de pH de una disolución que se ha producido a partir de la hidrólisis de una sal: