Acidos y Bases

INTRODUCCIÓN
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. Aunque hay muchas diferentes definiciones de los ácidos y las bases, en esta investigación introduciremos los fundamentos de la química de los ácidos y las bases.

Ácidos y bases

Dos tipos de compuestos químicos que presentan características opuestas. Los ácidos tienen un sabor agrio, colorean de rojo el tornasol (tinte rosa que se obtiene de determinados líquenes) y reaccionan con ciertos metales desprendiendo hidrógeno. Las bases tienen sabor amargo, colorean el tornasol de azul y tienen tacto jabonoso. Cuando se combina una disolución acuosa de un ácido con otra de una base, tiene lugar una reacción de neutralización. Esta reacción en la que, generalmente, se forman agua y sal, es muy rápida. Así, el ácido sulfúrico y el hidróxido de sodio NaOH, producen agua y sulfato de sodio.

TEORIAS DE ÁCIDOS Y BASES
EL CONCEPTO DE ARRHENIUS

Este concepto define a un ácido como un compuesto que produce iones H+ en solución acuosa y una base como un compuesto que produce iones OH- en una solución de agua. La fuerza de un ácido o una base se determina por el grado de disociación del compuesto en agua. Un ácido o base fuerte es aquél que se disocia completamente en los iones de agua.
Los óxidos de muchos no metales reaccionan con el agua para formar ácidos y, consecuentemente, se llama óxidos ácidos o anhídridos de ácido.

Ejemplo: N2O5 + H2O & 2H+ + 2NO-3

Los óxidos metálicos se disuelven en el agua para formar hidróxidos. Los óxidos metálicos se llaman óxidos básicos o anhídridos de bases.

Ejemplo: Na2O + H2O & 2Na+ +2OH- Los óxidos ácidos y básicos reaccionan en ausencia de agua para producir sales.

No obstante se debe indicar que no todos los ácidos y bases pueden obtenerse de óxidos

(HCl y NH3 son ejemplos)

El CONCEPTO DE BRONTED LOWRY

Según este concepto un ácido es una sustancia que puede donar un protón y una base es una sustancia que puede aceptar un protón. La reacción de un ácido con una base, es la transferencia de un protón del ácido a la base, es la transferencia de un protón del ácido a la base.

En la reacción: HC2H3O2 + H2O & H3O+ + C2H3O2- La molécula de ácido acético, HC2H3O2, actúa como un ácido y cede un protón a la molécula del agua, la cual actúa como una base.

Esta reacción es reversible como indica la doble flecha. En la reacción inversa (de derecha a izquierda) el Ion H3O+ dona un protón al Ion C2H3O2-. El Ion H3O+, por lo tanto, actúa como un ácido y el Ion C2H3O2- como una base pues acepta el protón. En la reacción hacia la derecha, la base H2O gana un protón y se transforma en el ácido H3O+ y, el ácido H3O+ en la dirección inversa pierde un protón y se convierte en la base H2O. Un par de ácido-base como éste, relacionado mediante la ganancia o pérdida de un protón se le llama un par conjugado. Similarmente el HC2H3O2 y C2H3O2- forman un segundo par ácido-base conjugados. A estas sustancias que actúan como ácidos en ciertas reacciones y como bases en otras se llaman anfipróticas Fuerza De Los Ácidos Y Bases De Bronsted La fuerza de los acidasen términos de Bronsted, se determina por su tendencia para donar protones y la fuerza de una base depende de su tendencia para aceptar protones.

La reacción: Ácido1 Base2 Ácido 2 Base1 HCl + H2O & H3O + Cl-

EL CONCEPTO DE LEWIS

Lewis determinó una base como una sustancia que posee un par de electrones sin compartir, con el cual puede formar un enlace covalente con un átomo, una molécula o un Ion. Un ácido es una sustancia que puede formar un enlace covalente aceptando un par de electrones de la base. Las sustancias que son bases en el sistema de Bronsted también son bases de acuerdo con el sistema de Lewis. No obstante, la definición de Lewis de un ácido amplía el número de sustancias que se clasifican como ácidos. Un ácido de Lewis posee un orbital desocupado capaz de aceptar pares de electrones de la base. Las especies químicas que funcionan como ácidos de Lewis, incluyen las siguientes: Las moléculas o átomos que poseen octetos incompletos Varios cationes sencillos Algunos átomos metálicos
Los compuestos que tienen átomos centrales capaces de extender sus niveles de valencia

ÁCIDOS

Los ácidos son sustancias puras que, en disolución acuosa, poseen un sabor característico. Este sabor nos es familiar por tres ácidos orgánicos que nos son bien conocidos: el ácido acético, presente en el vinagre; el ácido cítrico, presente en los frutos cítricos (limón, naranja, pomelo), y el ácido málico, presente en las manzanas.
En química inorgánica existen dos tipos de ácidos:
Ácidos binarios o hidrácidos, constituidos por un no metal (aunque no todos los no metales forman hidrácido) e hidrógeno.
Ácidos ternarios u oxácidos, constituidos por un no metal, oxígeno e hidrógeno.
Todos los ácidos contienen hidrógeno, pero el hecho de que una sustancia contenga hidrógeno no significa que deba tratarse necesariamente de un ácido.
La reacción de síntesis de los hidrácidos se ajusta al siguiente esquema:
No metal + hidrógeno------ hidrácido
Mientras que los de los oxácidos se forman según la reacción
Óxido ácido + agua-----oxácido
El más conocido de los hidrácidos es el ácido clorhídrico que es el responsable de la acidez del jugo gástrico, mientras que entre los oxácidos es muy conocido el ácido sulfúrico
(Llamado antiguamente aceite de vitriolo), que es el principal responsable de la lluvia ácida, tan perjudicial para los bosques.
Características de los ácidos:
El ión hidrogeno (H+) es constituyente especial de todos ellos.
Poseen un sabor agrio.-ácido.
Reaccionan con algunos metales desprendiendo hidrógeno (como en el Zn) anaranjado de metilo se torna a color rojo; en unaa solución de azul de tornasol colorean de rojo y con la fenolftaleína no produce coloración alguna.
Algunas otras conducen la electricidad en disolución acuosa.
Generalmente son corrosivos.
Reaccionan con las bases produciendo sales.

CLASIFICACIÓN DE LOS ÁCIDOS Y BASES

La clasificación de los ácidos está en función del número de átomos de hidrógeno que contienen en su molécula. Los ácidos que contienen solo un átomo de hidrógeno se llaman monoprótidos; los que contienen dos átomos de hidrógeno, diprótidos; los que contienen tres o más, poliprótidos. Ejemplos:
HCl, HI, HclO Ácidos monoprótidos
H2SO4, H2ClO4, H2CO3 Ácidos diprótidos
H3PO4, H3BO3 Ácidos poliprótidos
De modo semejante a los ácidos, las bases se denominan monohidroxilas, dihidroxilas y polihidroxilas, si contienen uno, dos o tres grupos funcionales OH; respectivamente. Ejemplos:
NaOH, LiOH, AgOH Bases monohidroxilas
Ca(OH)2, Fe(OH)2, Cu(OH)2 Bases dihidroxilas
Al(OH)3, Fe(OH)3 Bases polihidroxilas

El pH

El es una medida de la acidez o basicidad de una solución. El pH es la concentración de iones o cationes hidrógeno [H+] presentes en determinada sustancia. La sigla significa "potencial de hidrógeno" (pondus Hydrogenii o potentia Hydrogenii; del latín pondus, n. = peso; potentia, f. = potencia; hydrogenium, n. = hidrógeno). Este término fue acuñado por el químico danés Sørensen, quien lo definió como el logaritmo negativo de base 10 de la actividad de los iones hidrógeno. Esto es: Algunos valores comunes del pH
Sustancia/Disolución
pH
Disolución de HCl 1 M
0,0
Jugo gástrico
1,5
Jugo de limón
2,4
Refresco de cola
2,5
Vinagre
2,9
Jugo de naranja o manzana
3,0
Cerveza
4,5
Café
5,0
Té
5,5
Lluvia ácida
< title="Saliva" href="http://es.wikipedia.org/wiki/Saliva">Saliva (pacientes con cáncer)
4,5 a 5,7
Orina
5,5-6,5
Leche
6,5
Agua pura
7,0
Saliva humana
6,5 a 7,4
Sangre
7,35 a 7,45
Agua de mar
8,0
Jabón de manos
9,0 a 10,0
Amoníaco
11,5
Hipoclorito de sodio
12,5
Hidróxido sódico
13,5 a 14

Desde entonces, el término "pH" se ha utilizado universalmente por lo práctico que resulta para evitar el manejo de cifras largas y complejas. En disoluciones diluidas, en lugar de utilizar la actividad del ion hidrógeno, se le puede aproximar empleando la concentración molar del ion hidrógeno.
Por ejemplo, una concentración de [H+] = 1 × 10–7 M (0,0000001) es simplemente un pH de 7 ya que: pH = –log[10–7] = 7
El pH típicamente va de 0 a 14 en disolución acuosa, siendo ácidas las disoluciones con pH menores a 7, y básicas las que tienen pH mayores a 7. El pH = 7 indica la neutralidad de la disolución (donde el disolvente es agua).
Se considera que p es un operador logarítmico sobre la concentración de una solución: p = –log[...] , también se define el pOH, que mide la concentración de iones OH-.
Puesto que el agua está disociada en una pequeña extensión en iones OH– y H+, tenemos que:
Kw = [H+][OH–]=10–14 en donde [H+] es la concentración de iones de hidrógeno, [OH-] la de iones hidróxido, y Kw es una constante conocida como producto iónico del agua.
Por lo tanto,
log Kw = log [H+] + log [OH–]
–14 = log [H+] + log [OH–]
14 = –log [H+] – log [OH–]
pH + pOH = 14
Por lo que se puede relacionar directamente el valor del pH con el del pOH.
En disoluciones no acuosas, o fuera de condiciones normales de presión y temperatura, un pH de 7 puede no ser el neutro. El pH al cual la disolución es neutra estará relacionado con la constante de disociación del disolvente en el que se trabaje.

Medida del pH [editar]

Dependiendo del pH del suelo la Hortensia (Hydrangea) puede poseer flores rosas o azules. En suelos ácidos (pH <> 7) son rosas.[1]
El valor del pH se puede medir de forma precisa mediante un potenciómetro, también conocido como pH-metro, un instrumento que mide la diferencia de potencial entre dos electrodos: un electrodo de referencia (generalmente de plata/cloruro de plata) y un electrodo de vidrio que es sensible al ión hidrógeno.
También se puede medir de forma aproximada el pH de una disolución empleando indicadores, ácidos o bases débiles que presentan diferente color según el pH. Generalmente se emplea papel indicador, que se trata de papel impregnado de una mezcla de indicadores. Algunos compuestos orgánicos que cambian de color en función del grado de acidez del medio en que se encuentren se utilizan como indicadores cualitativos para la determinación del pH. El papel de litmus o papel tornasol es el indicador mejor conocido. Otros indicadores usuales son la fenolftaleína y el naranja de metilo.
A pesar de que muchos potenciómetros tienen escalas con valores que van desde 1 hasta 14, los valores de pH pueden ser menores que 1 y mayores que 14. Por ejemplo el ácido de batería de automóviles tiene valores cercanos de pH menores que cero, mientras que el hidróxido de sodio varía de 13,5 a 14.
Un pH igual a 7 es neutro, menor que 7 es ácido y mayor que 7 es básico a 25 ºC. A distintas temperaturas, el valor de pH neutro puede variar debido a la constante de equilibrio del agua (Kw).
La determinación del pH es uno de los procedimientos analíticos más importantes y más usados en ciencias tales como química, bioquímica y la química de suelos. El pH determina muchas características notables de la estructura y actividad de las biomacromoléculas y, por tanto, del comportamiento de células y organismos