Ejercicio resuelto de pH · Química · Islas Baleares · 2020

El ácido fluorhídrico (HF) es una sustancia tóxica y corrosiva. La constante de acidez de este ácido, a 25 °C, es $6{,}6 \times 10^{-4}$.

a) ¿Qué volumen de HF comercial, del 40 % en peso y densidad 1,15 g/mL, se necesita para preparar 500 mL de una disolución de HF 0,5 M?

b) ¿Cuál es el pH de una disolución de HF 0,5 M a 25 °C?

c) Indique los dos pictogramas de la figura siguiente (A-E) que han de aparecer en la etiqueta de la botella de ácido fluorhídrico. Justifique la respuesta.



Datos: masas atómicas relativas: $\mathrm{H} = 1{,}0$; $\mathrm{F} = 19{,}0$.

$\textbf{a) ¿Qué volumen de HF comercial, del 40 \% en peso y densidad 1,15 g/mL, se necesita para preparar 500 mL de una disolución de HF 0,5 M?}$

Se empieza por el final: cuánto fluoruro de hidrógeno puro hace falta en la disolución que se quiere preparar.

$n(\mathrm{HF}) = M \cdot V = 0{,}5 \cdot 0{,}500 = 0{,}25\ \mathrm{mol}$

Con $M(\mathrm{HF}) = 1{,}0 + 19{,}0 = 20{,}0$ g/mol:

$m(\mathrm{HF}) = 0{,}25 \cdot 20{,}0 = 5{,}0\ \mathrm{g}$

Esos gramos han de salir de la disolución comercial, que solo tiene un 40 % en masa:

$m_{\text{disolución}} = \dfrac{5{,}0}{0{,}40} = 12{,}5\ \mathrm{g}$

Y con la densidad se pasa a volumen:

$V = \dfrac{m}{d} = \dfrac{12{,}5}{1{,}15} = 10{,}9\ \mathrm{mL}$

$\textbf{b) ¿Cuál es el pH de una disolución de HF 0,5 M a 25 °C?}$

El fluorhídrico es un ácido débil —el único halogenuro de hidrógeno que lo es—, así que se ioniza solo parcialmente. Llamando $x$ a la concentración que se disocia:

$\mathrm{HF} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{F^-} + \mathrm{H_3O^+}$

$$	$\mathrm{HF}$	$\mathrm{F^-}$	$\mathrm{H_3O^+}$ Inicial (mol/L)	0,5	0	0 Cambio (mol/L)	$-x$	$+x$	$+x$ Equilibrio (mol/L)	$0{,}5-x$	$x$	$x$

$K_a = \dfrac{x^2}{0{,}5 - x} = 6{,}6 \cdot 10^{-4}$

Despreciando $x$ frente a 0,5:

$x^2 = 6{,}6 \cdot 10^{-4} \cdot 0{,}5 = 3{,}3 \cdot 10^{-4}$

$x = [\mathrm{H_3O^+}] = 1{,}82 \cdot 10^{-2}\ \mathrm{mol/L}$

La aproximación es aceptable, aunque justa: $x$ representa el 3,6 % de la concentración inicial, por debajo del 5 % que se toma como límite habitual.

$\mathrm{pH} = -\log(1{,}82 \cdot 10^{-2}) = 1{,}74$

$\textbf{c) Indique los dos pictogramas de la figura siguiente (A-E) que han de aparecer en la etiqueta de la botella de ácido fluorhídrico. Justifique la respuesta.}$

Los cinco pictogramas de la figura son, por orden: A corrosivo, B inflamable, C explosivo, D toxicidad aguda y E comburente. Los que corresponden al ácido fluorhídrico son el $\textbf{A}$ y el $\textbf{D}$.

$\textbf{A (corrosivo, GHS05)}$: el enunciado lo dice expresamente, y con razón. El fluorhídrico provoca quemaduras gravísimas en la piel y lesiones oculares graves, y es además el único ácido que ataca al vidrio, motivo por el que se guarda en frascos de plástico:

$\mathrm{SiO_2} + 4\,\mathrm{HF} \rightarrow \mathrm{SiF_4} + 2\,\mathrm{H_2O}$

$\textbf{D (toxicidad aguda, GHS06)}$: el enunciado lo describe también como sustancia tóxica. El ion fluoruro atraviesa la piel, penetra en los tejidos profundos y precipita el calcio y el magnesio del organismo, de modo que una exposición aparentemente pequeña puede ser mortal. Por eso lleva la calavera y no el simple signo de exclamación.

Se descartan los otros tres: el ácido fluorhídrico no arde (B), no es explosivo (C) y no cede oxígeno para avivar un incendio (E).