ASIGNATURA: Física y Química

Programa

Unidad 2

Ácidos y bases. Neutralización. Ácidos polipróticos. Hidrólisis. Anfoterismo. Disoluciones. Redox

 

Ácidos & Bases

Desde hace miles de años se sabe que el vinagre, el jugo de limón y muchos otros alimentos tienen un sabor ácido. Sin embargo, no fue hasta hace unos cuantos cientos de años que se descubrió por qué estas cosas tenían un sabor ácido. El término ácido, en realidad, proviene del término Latino acere, que quiere decir ácido.

En el siglo XVII, el escritor inglés y químico amateur Robert Boyle primero denominó las sustancias como ácidos o bases (llamó a las bases álcalis) de acuerdo a las siguientes características:

Aunque Boyle y otros trataron de explicar por qué los ácidos y las bases se comportan de tal manera, la primera definición razonable de los ácidos y las bases no sería propuesta hasta 200 años después.

 

A finales de 1800, el científico sueco Svante Arrhenius propuso que el agua puede disolver muchos compuestos separándolos en sus iones individuales. Arrhenius sugirió que los ácidos son compuestos que contienen hidrógeno y pueden disolverse en el agua para soltar iones de hidrógeno a la solución. Por ejemplo, el ácido clorhídrico (HCl) se disuelve en el agua de la siguiente manera:

HCl

H2O
arrow

H+(aq)

+

Cl-(aq)

Arrhenius definió las bases como sustancias que se disuelven en el agua para soltar iones de hidróxido (OH-) a la solución. Por ejemplo, una base típica de acuerdo a la definición de Arrhenius es el hidróxido de sodio (NaOH):

NaOH

H2O
arrow

Na+(aq)

+

OH-(aq)

La teoría de Arrhenius explica el por qué todos los ácidos tienen propiedades similares (y de la misma manera por qué todas las bases tienen propiedades similares). Es decir, todos los ácidos sueltan H+ a la solución (y todas las bases sueltan OH-). La definición de Arrhenius también explica la observación de Boyle que los ácidos y las bases se neutralizan entre ellos. Esta idea, que una base puede debilitar un ácido, y viceversa, es llamada neutralización.

 

La Neutralización: Tal como puede ver arriba, los ácidos sueltan H+  en la solución y las bases sueltan OH-. Si fuésemos a mezclar un ácido y una base, el ión H+ se combinaría con el ión OH- ión para crear la molécula H2O, o simplemente agua:

H+(aq)

+

OH-(aq)

arrow

H2O

La reacción neutralizante de un ácido con una base siempre producirá agua y sal, tal como se muestra abajo:

Ácido

 

Base

 

Agua

 

Sal

HCl

+

NaOH

arrow

H2O

+

NaCl

HBr

+

KOH

arrow

H2O

+

KBr

Aunque Arrhenius ayudó a explicar los fundamentos de la química sobre ácidos y bases, lastimosamente sus teorías tenían límites. Por ejemplo, la definición de Arrhenius no explica por qué algunas sustancias como la levadura común (NaHCO3) puede actuar como una base, a pesar de que no contenga iones de hidrógeno.

En 1923, el científico danés Johannes Brønsted y el inglés Thomas Lowry publicaron diferentes aunque similares trabajos que redefinieron la teoría de Arrhenius. En las palabras de Brønsted, "... los ácidos y las bases son sustancias que tiene la capacidad de dividirse o tomar iones de hidrógeno respectivamente". La definición de Brønsted-Lowry amplia el concepto de Arrhenius sobre los ácidos y las bases.  La definición de Brønsted-Lowry sobre los ácidos es muy similar a la de Arrhenius, cualquier sustancia que pueda donar un ión de hidrógeno, es un ácido (en la definición de Brønsted, los ácidos son comúnmente referidos como donantes de protones porque un ión- hidrógeno H+ menos su electrón - es simplemente un protón).

Sin embargo, la definición de Brønsted de las bases es bastante diferente de la definición de Arrhenius. La base de Brønsted es definida como cualquier sustancia que puede aceptar un ión de hidrógeno. Esencialmente, la base es el opuesto de un ácido. El NaOH y el KOH, tal como vimos arriba, seguirían siendo consideradas bases porque pueden aceptar un H+ de un ácido para formar agua. Sin embargo, la definición de Brønsted-Lowry también explica por que las sustancias que no contienen OH- pueden actuar como bases. La levadura (NaHCO3).

por ejemplo, actúa como una base al aceptar un ión de hidrógeno de un ácido tal como se ilustra a continuación:

 

Acid

 

Base

 

 

 

Salt

HCl

+

NaHCO3

arrow

H2CO3

+

NaCl

pH

En la definición de Brønsted-Lowry, ambos los ácidos y las bases están relacionados con la concentración del ión de hidrógeno presente. Los ácidos aumentan la concentración de iones de hidrógeno, mientras que las bases disminuyen en la concentración de iones de hidrógeno (al aceptarlos). Por consiguiente, la acidez o la alcalinidad de algo pueden ser medidas por su concentración de iones de hidrógeno.

En 1909, el bioquímico danés Sören Sörensen inventó la escala pH para medir la acidez. La escala pH está descrita en la fórmula:

pH = -Log [H+]

Para denotar la concentración se usa corchetes [H+], esto en símbolo nos indica la concentración de ión de hidrógeno, y representa las unidades de moles de H+ por litro de solución.

Por ejemplo, una solución con [H+] = 1 x 10-7 moles/litro tiene un pH = 7 (una manera más simple de pensar en el pH es que es igual al exponente del H+ de la concentración, ignorando el signo de menos). La escala pH va de 0 a 14. Las sustancias con un pH comprendido entre 0 y 7 son ácidos (pH y [H+] están inversamente relacionados, menor pH significa mayor [H+] y un ácido más fuerte). Las sustancias con un pH comprendido entre 7 y 14 son bases (mientras mayor es el pH, más fuerte es la base). Exactamente en el medio, en pH = 7, están las sustancias neutra s, por ejemplo, el agua pura. La relación entre [H+] y pH está mostrada en la tabla de abajo, junto algunos comunes ejemplos de ácidos y base de la vida cotidiana.

 

 

[H+]

pH

Ejemplo

Ácidos

1 X 100

0

HCl

1 x 10-1

1

Ácido estomacal 

1 x 10-2

2

Jugo de limón

1 x 10-3

3

Vinagre

1 x 10-4

4

Soda

1 x 10-5

5

Agua de lluvia

1 x 10-6

6

Leche

Neutral

1 x 10-7

7

Agua pura 

Bases

1 x 10-8

8

Claras de huevo

1 x 10-9

9

Levadura

1 x 10-10

10

Tums®antiácidos  de Carbonato de calcio

1 x 10-11

11

Amoníaco

1 x 10-12

12

Caliza Mineral - Ca(OH)2

1 x 10-13

13

Drano®  **(sólidos compuestos por NaOH y AL)

1 x 10-14

14

NaOH

**  2Al(s) + 2NaOH(aq) + 2H2O(l)      2NaAlO2(s)  + 3H2(g)

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