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Ácidos y bases: Ejemplos y características

Ácidos y bases

Hay tres clasificaciones principales de sustancias conocidas como ácidos o bases. La definición de Arrhenius establece que un ácido produce H + en solución y una base produce OH -. Esta teoría fue desarrollada por Svante Arrhenius en 1883. Más tarde, se propusieron dos teorías más sofisticadas y generales. Estas son las definiciones de Brønsted-Lowry y Lewis de ácidos y bases. La teoría de Lewis se discute en otra parte.

Que son los Ácidos y bases

Los ácidos y las bases se conocen desde hace mucho tiempo. Cuando Robert Boyle los caracterizó en 1680, observó que los ácidos disuelven muchas sustancias, cambian el color de ciertos colorantes naturales (por ejemplo, cambian el tornasol de azul a rojo) y pierden estas propiedades características después de entrar en contacto con los álcalis (bases).

 En el siglo XVIII, se reconoció que los ácidos tienen un sabor agrio, reaccionan con la piedra caliza para liberar una sustancia gaseosa (ahora conocida como CO 2 ) e interactúan con los álcalis para formar sustancias neutras. En 1815, Humphry Davy contribuyó en gran medida al desarrollo del concepto ácido-base moderno al demostrar que el hidrógeno es el componente esencial de los ácidos. 

Por esa misma época, Joseph Louis Gay-Lussac concluyó que los ácidos son sustancias que pueden neutralizar las bases y que estas dos clases de sustancias solo pueden definirse entre sí. La importancia del hidrógeno fue enfatizada en 1884 cuando Carl Axel Arrhenius definió un ácido como un compuesto que se disuelve en agua para producir cationes de hidrógeno (ahora reconocido como iones de hidronio) y una base como un compuesto que se disuelve en agua para producir aniones de hidróxido.

Ácidos y bases

Los ácidos y las bases son soluciones comunes que existen en todas partes. Casi todos los líquidos que encontramos en nuestra vida diaria consisten en propiedades ácidas y básicas, con la excepción del agua. 

Tienen completamente propiedades diferentes y son capaces de neutralizar para formar H 2 O, que será discutido más adelante en una subsección. Los ácidos y las bases se pueden definir por sus observaciones físicas y químicas (Tabla 15.1.115.1.1 ).

Table15.1 115.1.1 : Propiedades generales de ácidos y bases
ÁCIDOSBASES
produce un dolor punzante en una herida.Da una sensación resbaladiza.
sabor agriosabe amargo.
son incoloros cuando se colocan en fenolftaleína (un indicador).son de color rosa cuando se colocan en fenolftaleína (un indicador).
son rojos sobre papel tornasol azul (un indicador de pH).son azules sobre papel tornasol rojo (un indicador de pH).
tiene un pH <7.tiene un pH> 7.
produce hidrógeno gaseoso cuando reacciona con metales. 
produce dióxido de carbono cuando reacciona con carbonatos. 
Ejemplos comunes: limones, naranjas, vinagre, orina, ácido sulfúrico, ácido clorhídrico

Ejemplos comunes: jabón, pasta de dientes, lejía, agentes de limpieza, agua de cal, agua de amoníaco, hidróxido de sodio.

Los ácidos y las bases en soluciones acuosas conducirán electricidad porque contienen iones disueltos. Por lo tanto, los ácidos y las bases son electrolitos. Los ácidos y bases fuertes serán electrolitos fuertes. Los ácidos y bases débiles serán electrolitos débiles. Esto afecta la cantidad de conductividad.

En química, los ácidos y las bases se han definido de manera diferente por tres conjuntos de teorías : una es la definición de Arrhenius definida anteriormente, que gira en torno a la idea de que los ácidos son sustancias que se ionizan (se rompen) en una solución acuosa para producir hidrógeno (H + ) iones mientras que las bases producen iones de hidróxido (OH  ) en solución. 

Las otras dos definiciones que se discuten en detalle incluyen la definición de Brønsted-Lowry que define los ácidos como sustancias que donan protones (H + ), mientras que las bases son sustancias que aceptan protones y la teoría de Lewis de ácidos y bases establece que los ácidos son aceptores de pares de electrones mientras que las bases son donantes de pares de electrones.

Características generales de ácidos y bases

Ácidos y bases

Los ácidos y las bases son compuestos con una cosa importante en común: cuando los sumerge en solución, liberan iones libres. En una solución acuosa, que es la más común, la forma tradicional de diferenciarlos es que un ácido libera iones positivos de hidrógeno (H + ) mientras que una base libera hidróxido negativo (OH – ).

Los químicos miden la fuerza de un ácido o base por su pH, que es un término que se refiere al “poder del hidrógeno”. El punto medio de la escala de pH es neutral. Los compuestos con un pH inferior al valor del punto medio son ácidos, mientras que aquellos con un valor más alto son básicos o alcalinos.

TL; DR (demasiado largo; no leído)

Los ácidos tienen un sabor agrio mientras que las bases tienen un sabor amargo. Un ácido reacciona con metales para producir burbujas de gas hidrógeno mientras que una base se siente viscosa al tacto. Los ácidos tornan rojo el papel tornasol azul mientras que las bases tornan el papel tornasol rojo azul.

Definiciones en evolución y teorías

Ácidos y bases
La teoría de un compuesto ácido o básico como uno que libera iones de hidrógeno o hidróxido respectivamente fue presentada por el químico sueco Svante Arrhenius en 1884. La teoría de Arrhenius generalmente explica cómo se comportan los ácidos y las bases en solución y por qué se combinan para formar sales, pero no explica por qué ciertos compuestos que no contienen iones de hidróxido, como el amoníaco, pueden formar bases en solución.

La teoría de Brønsted-Lowry, introducida en 1923 por los químicos Johannes Nicolaus Brønsted y Thomas Martin Lowry, rectifica esto definiendo los ácidos como donantes de protones y las bases como aceptores de protones. Esta es la definición en la que los químicos suelen confiar al analizar soluciones acuosas.

Una tercera teoría, presentada por el químico de Berkeley GN Lewis, también en 1923, considera los ácidos como aceptores de pares de electrones y las bases como donantes de pares de electrones. La teoría de Lewis tiene la ventaja de incluir compuestos que no contienen hidrógeno, por lo que alarga la lista de reacciones ácido-base.

La escala de pH

Ácidos y bases

La escala de pH se refiere a la concentración de iones de hidrógeno en una solución a base de agua. Es el logaritmo negativo de la concentración de iones de hidrógeno: pH = -log [H +]. La escala va de 0 a 14, y un valor de 7 es neutral. A medida que aumenta la concentración de iones de hidrógeno, el pH disminuye, por lo que los valores entre 0 y 7 indican ácidos, mientras que los valores de 7 a 14 son básicos. Los valores de pH muy altos y muy bajos indican soluciones peligrosamente corrosivas.

El sabor de los ácidos y las bases.

Ácidos y bases sabor

Si comparara el sabor de una solución ácida con una solución básica, lo cual no es aconsejable si el pH es muy alto o muy bajo, descubriría que una solución ácida tiene un sabor agrio, mientras que una solución básica tiene un sabor amargo. El sabor agrio en las frutas cítricas se debe al ácido cítrico que contienen, el vinagre es agrio porque contiene ácido acético y la leche agria es alta en ácido láctico. El agua mineral alcalinizante, por otro lado, tiene un sabor suave pero notablemente amargo.

Las bases se sienten viscosas, los ácidos producen gases

Cuando una solución alcalina, como el amoníaco y el agua, se combina con ácidos grasos, produce jabón. Eso es lo que sucede a pequeña escala cuando ejecutas una solución básica entre tus dedos. La solución se siente resbaladiza o viscosa al tacto porque la solución alcalina se combina con los ácidos grasos en los dedos.

Una solución ácida no se siente viscosa, pero hará burbujas si sumerge el metal en ella. Los iones de hidrógeno reaccionan con el metal para producir hidrógeno gaseoso, que burbujea en la parte superior de la solución y se disipa.

La prueba de tornasol

Ácidos y bases

La antigua prueba de ácidos y bases, el papel tornasol es un papel de filtro que ha sido tratado con colorantes hechos de líquenes. Un ácido convierte el papel tornasol azul en rojo, mientras que una base convierte el papel tornasol rojo en azul. La prueba de fuego funciona mejor si el pH es inferior a 4,5 o superior a 8,3.

 
 

Arrhenius Ácidos y Bases

En 1884, el químico sueco Svante Arrhenius propuso dos clasificaciones específicas de compuestos, denominados ácidos y bases. Cuando se disolvió en una solución acuosa, se liberaron ciertos iones en la solución. La definición de Arrhenius de las reacciones ácido-base es un desarrollo de la “teoría de los ácidos del hidrógeno”. 

Se utilizó para proporcionar una definición moderna de ácidos y bases, y se siguió del trabajo de Arrhenius con Friedrich Wilhelm Ostwald para establecer la presencia de iones en solución acuosa en 1884. Esto llevó a Arrhenius a recibir el Premio Nobel de Química en 1903.

Un ácido de Arrhenius es un compuesto que aumenta la concentración de iones que están presentes cuando se agregan al agua. Estos iones forman el ion hidronio ( ) cuando se combinan con moléculas de agua. Este proceso está representado en una ecuación química mediante la adición de H 2 O al lado reactivos. 

H+H+H+ H+H+H3O+H3O+

Hdolq)→ H+q)Clq)(15.1.1)(15.1.1)HCl(aq)→H(aq)++Cl(aq)−

En esta reacción, el ácido clorhídrico ( ) se disocia en iones de hidrógeno ( ) y cloro ( ) cuando se disuelve en agua, liberando así iones H + en la solución. Formación de la ecuación de iones hidronio:H+ClHdolHClH+H+dolCl−

Hdolq)H3O+)→ H3O+q)Clq)(15.1.2)(15.1.2)HCl(aq)+H3O(l)+→H3O(aq)++Cl(aq)−

Las definiciones de Arrhenius de acidez y alcalinidad están restringidas a soluciones acuosas y se refieren a la concentración de los iones solvatados. Según esta definición, el puro o el disuelto en tolueno no son ácidos, a pesar del hecho de que ambos ácidos donarán un protón al tolueno. 

Además, según la definición de Arrhenius, una solución de amida de sodio ( ) en amoníaco líquido no es alcalina, a pesar de que el ion amida ( ) desprotona fácilmente el amoníaco. Por lo tanto, la definición de Arrhenius solo puede describir ácidos y bases en un ambiente acuoso.HClNaNH2NH2H2SO4 4H2SO4HdolHClnorteuna NH2NaNH2norteH2NH2−

Limitación de la definición de Arrhenius de ácidos y bases

La definición de Arrhenius solo puede describir ácidos y bases en solventes próticos y ambientes (p. Ej., Agua, alcoholes, dentro de proteínas, etc.).

Ácidos y bases de Brønsted-Lowry

Ácidos y bases

Anteriormente, identificamos un ácido como un compuesto que se disuelve en agua para producir iones de hidronio (H 3 O + ) y una base como un compuesto que se disuelve en agua para producir iones de hidróxido ( ). 

Esta definición no está mal; Es simplemente limitado. Ampliamos la definición de un ácido o una base utilizando la definición más general propuesta en 1923 por el químico danés Johannes Brønsted y el químico inglés Thomas Lowry. 

Su definición se centra en el protón,. Un protón es lo que queda cuando un átomo de hidrógeno normal,H+HOHOH−H+H+H11H11, pierde un electrón. Un compuesto que dona un protón a otro compuesto se llama ácido Brønsted-Lowry, y un compuesto que acepta un protón se llama base Brønsted-Lowry. 

Una reacción ácido-base es la transferencia de un protón de un donante de protones (ácido) a un aceptor de protones (base). En un capítulo posterior de este texto presentaremos el modelo más general de comportamiento ácido-base presentado por el químico estadounidense GN Lewis.

Los ácidos pueden ser compuestos como HCl o H 2 SO 4, ácidos orgánicos como el ácido acético ( ) o ácido ascórbico (vitamina C), o H 2 O. Aniones (como,, y ) y cationes (como,y ) también puede actuar como ácidos.

La teoría de Arrhenius de ácidos y bases

Ácidos y bases

En 1884, el químico sueco Svante Arrhenius propuso dos clasificaciones específicas de compuestos; ácidos y bases. Cuando se disolvió en una solución acuosa, se liberaron ciertos iones en la solución. Un ácido de Arrhenius es un compuesto que aumenta la concentración de iones H + que están presentes cuando se agregan al agua.

Estos iones H + forman el ion hidronio (H 3 O + ) cuando se combinan con moléculas de agua. Este proceso está representado en una ecuación química mediante la adición de H 2 O al lado reactivos.

Hdolq)→ H+q)Clq)(1)(1)HCl(aq)→H(aq)++Cl(aq)−

En esta reacción, el ácido clorhídrico ( HdolHCl ) se disocia completamente en iones de hidrógeno (H + ) y cloro (Cl  ) cuando se disuelve en agua, liberando así iones H + en la solución. Formación de la ecuación de iones hidronio:

Hdolq)H2O)→ H3O+q)Clq)(2)(2)HCl(aq)+H2O(l)→H3O(aq)++Cl(aq)−

La teoría de Arrhenius, que es la descripción más simple y menos general de ácidos y bases, incluye ácidos como HClO 4 y HBr y bases como norteHNaOH o METROsolH)2Mg(OH)2. Por ejemplo, la disociación completa del gas HrHBr en el agua genera iones libres de H3O+H3O+.

Hrg)H2O)→ H3O+q)rq)(3)(3)HBr(g)+H2O(l)→H3O(aq)++Br(aq)−

Esta teoría describe con éxito cómo los ácidos y las bases reaccionan entre sí para formar agua y sales. Sin embargo, no explica por qué algunas sustancias que no contienen iones de hidróxido, como FF− y norteO2NO2−, pueden hacer soluciones básicas en el agua. La definición de ácidos y bases de Brønsted-Lowry aborda este problema.

Una base de Arrhenius es un compuesto que aumenta la concentración de iones OH  que están presentes cuando se agregan al agua. La disociación está representada por la siguiente ecuación:

norteHq→ Nuna+qHq)(4)(4)NaOH(aq)→Na+(aq)+OH−(aq)

En esta reacción, el hidróxido de sodio (NaOH) se disocia en iones de sodio (Na + ) e hidróxido (OH  ) cuando se disuelve en agua, liberando así iones OH  en solución.

Nota

  • Los ácidos de Arrhenius son sustancias que producen iones de hidrógeno en solución.
  • Las bases de Arrhenius son sustancias que producen iones de hidróxido en solución.

Los iones de hidrógeno libres no existen en el agua


Debido al exceso abrumador de H2O moléculas en soluciones acuosas, un ion de hidrógeno desnudo no tiene ninguna posibilidad de sobrevivir en agua. El ion hidrógeno en solución acuosa no es más que un protón, un núcleo desnudo.

Aunque solo tiene una sola unidad de carga positiva, esta carga se concentra en un volumen de espacio que es tan solo una centésima millonésima del volumen ocupado por el átomo más pequeño. (¡Piense en un guijarro sentado en medio de un estadio deportivo!) La densidad de carga extraordinariamente alta resultante H3O+ H2O H3O+H2OH2OH3O+

Los iones de hidrógeno libres no existen en el agua

La ecuación “HA → H + + A – ” es mucho más fácil de escribir que los químicos todavía la usan para representar reacciones ácido-base en contextos en los que no es necesario enfatizar el mecanismo de donante-receptor de protones.

Por lo tanto, está permitido hablar sobre “iones de hidrógeno” y usar la fórmula H + al escribir ecuaciones químicas siempre y cuando recuerde que no deben tomarse literalmente en el contexto de soluciones acuosas.

 

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Los ácidos tienen un sabor agrio, son corrosivos para los metales, cambian el tornasol (un tinte extraído de los líquenes) rojo y se vuelven menos ácidos cuando se mezclan con bases. Las bases se sienten resbaladizas, cambian el tornasol azul y se vuelven menos básicas cuando se mezclan con ácidos.
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