Determinació del pH i Anàlisi de Dissolucions: Àcid Benzoic, Clorur de Sodi i Acetat de Sodi

(a) L’àcid benzoic (PM 122 g/mol i $K_a = 6,28 \cdot 10^{-5}$) és un bon conservant d’aliments. Determina el pH d’una dissolució d’àcid benzoic de concentració $6$ g/L. (b) Es tenen dues dissolucions separades: una de clorur de sodi i una altra d’acetat de sodi. Com seran les dissolucions: àcides, bàsiques o neutres? Raona la resposta.

(a) Determinació del pH de la dissolució d’àcid benzoic

L’àcid benzoic (PM = 122 g/mol, $K_a = 6.28 \cdot 10^{-5}$) és un àcid feble. Primer, calculem la concentració molar ($C$):

$$C = \frac{\text{massa volumètrica}}{\text{pes molecular}} = \frac{6 \, \text{g/L}}{122 \, \text{g/mol}} \approx 0.0492 \, \text{M}$$

Per a un àcid feble, el pH es calcula amb l’equilibri d’ionització:

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

Assumim que $[H^+] \approx [A^-]$ perquè l’ionització és baixa, i $[HA] \approx 0.0492 \, \text{M}$. L’equació es simplifica a:

$$K_a = \frac{[H^+]^2}{[HA]}$$

$$[H^+]^2 = K_a \cdot [HA]$$

$$[H^+] = \sqrt{K_a \cdot [HA]} = \sqrt{6.28 \cdot 10^{-5} \cdot 0.0492}$$

$$[H^+] = \sqrt{3.09 \cdot 10^{-6}} \approx 1.76 \cdot 10^{-3} \, \text{M}$$

El pH és:

$$\text{pH} = -\log_{10} [H^+] = -\log_{10} (1.76 \cdot 10^{-3}) \approx 2.75$$

Resposta: El pH de la dissolució d’àcid benzoic és aproximadament 2.75.

(b) Anàlisi de les dissolucions: àcides, bàsiques o neutres?

• Clorur de sodi (NaCl): Es dissocia en $Na^+$ i $Cl^-$. L’$Na^+$ prové d’una base forta (NaOH) i el $Cl^-$ d’un àcid fort (HCl). Com que cap dels ions hidrolitza significativament l’aigua, la dissolució és neutra (pH ≈ 7).
• Acetat de sodi (CH₃COONa): Es dissocia en $CH₃COO^-$ i $Na^+$. L’$Na^+$ no afecta el pH, però el $CH₃COO^-$, base conjugada de l’àcid acètic (àcid feble), reacciona amb l’aigua per produir $OH^-$, fent la dissolució bàsica $pH > 7$.

Resposta: La dissolució de clorur de sodi és neutra, i la d’acetat de sodi és bàsica.