Ácidos y Bases: Propiedades, Teorías y Reacciones Químicas Esenciales

Historia y Evolución de las Teorías Ácido-Base

Primeras Concepciones

Antoine Lavoisier (1787): Propuso que todos los ácidos contenían oxígeno, basándose en sus observaciones de óxidos ácidos.

Sir Humphry Davy (1811): Demostró que el ácido clorhídrico (HCl) no contenía oxígeno y que el hidrógeno era el elemento común en los ácidos, refutando la teoría de Lavoisier.

La Teoría de Arrhenius

Svante Arrhenius (1884): Desarrolló la primera teoría moderna de ácidos y bases, definiéndolos en función de su comportamiento en soluciones acuosas.

Definición Original de Arrhenius:

• Los ácidos liberan iones H⁺ en el agua.
• Las bases liberan iones hidróxido (OH⁻) en el agua.

Nota Importante: Los iones H⁺ no existen de forma aislada en solución acuosa. El ion hidrógeno, con su único protón desprotegido, es demasiado reactivo para existir como un ion estable en solución. En su lugar, el ácido forma el ion hidronio (H₃O⁺).

Estructura de Lewis del Ion Hidronio (H₃O⁺)

(Representación esquemática de H₃O⁺ con el oxígeno central unido a tres hidrógenos y un par de electrones no enlazantes, con carga positiva global.)

Definición de Arrhenius Actualizada:

“Un ácido es una sustancia que produce iones de hidronio (H₃O⁺) cuando se disuelve en agua.”

Propiedades Fundamentales de Ácidos y Bases

Características de los Ácidos

• Tienen sabor agrio.
• Cambian el color del papel tornasol de azul a rojo.
• Reaccionan con metales reactivos (como magnesio, zinc y hierro) produciendo hidrógeno gaseoso.
• Reaccionan con bases para formar agua y sal. La sal resultante está constituida por el catión de la base y el anión del ácido.

Características de las Bases (o Álcalis)

• Tienen sabor amargo.
• Son resbaladizas o jabonosas al tacto.
• Cambian el color del papel tornasol de rojo a azul.
• Reaccionan con los ácidos para formar agua y sal.

Clasificación de Ácidos y Bases

Ácidos Monopróticos y Polipróticos

Ácidos Monopróticos: Ceden un ion hidrógeno (H⁺) por unidad formular.

• Ejemplo: HCl (ácido clorhídrico)

Ácidos Polipróticos: Ceden dos o más iones hidrógeno (H⁺) por unidad formular.

• Ejemplos: H₂SO₄ (ácido sulfúrico), H₃PO₄ (ácido fosfórico)

Nota: Un átomo de hidrógeno es considerado ácido si se desprende en solución acuosa.

Ácidos Fuertes y Débiles

Ácidos Fuertes: Se ionizan totalmente, donando uno o más protones (H⁺) al agua para formar iones hidronio (H₃O⁺).

• Ejemplos: HCl (ácido clorhídrico), HBr (ácido bromhídrico), HI (ácido yodhídrico), H₂SO₄ (ácido sulfúrico), HNO₃ (ácido nítrico), HClO₄ (ácido perclórico)

Ácidos Débiles: Se ionizan en pequeña proporción en solución acuosa.

• Ejemplos: H₃PO₄ (ácido fosfórico), H₂CO₃ (ácido carbónico), CH₃COOH (ácido acético), C₃H₅(COOH)₃ (ácido cítrico), CH₃CHOHCOOH (ácido láctico), H₃BO₃ (ácido bórico)

Bases Fuertes y Débiles

Bases Fuertes: Se ionizan totalmente en agua.

• Ejemplos: NaOH (hidróxido de sodio), KOH (hidróxido de potasio), Ca(OH)₂ (hidróxido de calcio)

Bases Débiles: Se ionizan en pequeña proporción en solución acuosa.

• Ejemplos: Mg(OH)₂ (hidróxido de magnesio), NH₃(ac) (amoniaco acuoso), hidróxidos de metales de transición

Reacciones Químicas de Ácidos y Bases

Reacciones de los Ácidos

• Ácido + Base = Agua + Sal
• Ácido + Metal Activo = Hidrógeno Gaseoso + Sal
  • Metales activos comunes: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra
• Ácido + Óxido Metálico = Agua + Sal
• Ácido + Carbonato = Sal + Dióxido de Carbono + Agua
  • Ejemplo de carbonato: CO₃²⁻
• Ácido + Sulfuro Metálico = Sal + Sulfuro de Hidrógeno Gaseoso

Reacciones de las Bases

• Base + Sal Soluble de Metal de Transición = Hidróxido Insoluble de Metal de Transición + Sal

Sustancias Anfóteras

Los hidróxidos de ciertos metales, como el aluminio, cromo y zinc, reaccionan tanto con ácidos fuertes como con bases fuertes. Estas sustancias se denominan anfóteras.

• Comportamiento como ácido: Al(OH)₃ (como ácido) + NaOH (como base) = NaAl(OH)₄
• Comportamiento como base: Al(OH)₃ (como base) + HCl (como ácido) = AlCl₃ + 3 H₂O

Reacción general con metales anfóteros:

• Metal Anfótero + Base Fuerte + Agua = Hidrógeno Gaseoso + [Otros Productos]