Conceptos Esenciales de Ácidos y Bases: pH, Teorías y Reacciones

Conceptos Fundamentales de Ácidos y Bases

Definiciones Clave

• Equilibrio químico: Al reaccionar con algunos metales, los ácidos liberan iones de hidrógeno (H⁺).
• Reacción reversible: Es aquella que se produce en ambos sentidos (reactivos ⇌ productos).
• Reacción de neutralización: Reacción entre un ácido y una base en la que se obtiene como producto una sal y agua (H₂O).
• Anfótero: Sustancia que puede actuar como ácido o como base. Un ejemplo clásico es el agua (H₂O).
• Titulación (o valoración): Procedimiento que permite conocer el volumen o la concentración desconocida de un ácido o una base.

Teorías Ácido-Base

Teoría de Arrhenius

• Ácido según Arrhenius: Sustancia que libera iones de hidrógeno (H⁺) en solución acuosa.
• Base según Arrhenius: Sustancia que libera iones hidroxilo (OH⁻) en solución acuosa.

Teoría de Brønsted-Lowry

• Ácido según Brønsted-Lowry: Especie que cede o libera iones de hidrógeno (protones, H⁺).
• Base según Brønsted-Lowry: Especie que en una reacción acepta iones de hidrógeno (protones, H⁺).
• Nota: Según esta teoría, un compuesto es un ácido siempre y cuando exista una base que pueda recibir el protón.

Cuestionario Rápido: Verdadero o Falso

Verdadero. Según Brønsted-Lowry, un compuesto es un ácido siempre y cuando exista una base que pueda recibir al protón.

Falso. Una mayor cantidad de iones H⁺ indica un pH menor. Corrección: Entre más ácida es una sustancia, mayor es su cantidad de iones H⁺ y, por lo tanto, su pH es menor.

Verdadero. A mayor valor de la constante de acidez, mayor es el porcentaje de disociación del ácido.

Falso. Según Svante Arrhenius, el compuesto NaOH es una base porque libera iones hidroxilo (OH⁻), no iones hidrógeno.

Falso. La disociación del compuesto H₂SO₄ en su primera etapa es: H₂SO₄ → H⁺ + HSO₄⁻.

Verdadero. La teoría de Arrhenius no podía explicar las reacciones ácido-base en solventes distintos al agua.

Falso. La base conjugada del ion bicarbonato (HCO₃⁻) es el ion carbonato (CO₃²⁻).

Falso. El CH₃COOH (ácido acético) es un ácido débil y presenta un bajo grado de disociación en agua.

Verdadero. La concentración de iones H⁺ en una solución de ácidos débiles es menor que la concentración inicial del ácido.

Verdadero. Si el equilibrio químico está desplazado hacia los productos, existen básicamente especies iónicas.

Verdadero. Si el jugo de naranja tiene un pH de 3.5, es una solución ácida.

Verdadero. La titulación es una neutralización controlada.

Verdadero. Las bases en disolución son conductoras de la electricidad.

Verdadero. El ácido conjugado del ion hidroxilo (OH⁻) es el agua (H₂O).

Verdadero. Una sustancia es más o menos ácida dependiendo de la concentración de iones H⁺ presentes en la solución.

Falso. En la titulación se utilizan indicadores específicos para determinar el punto de equivalencia. El papel tornasol solo se usa para identificar de forma general si la sustancia es ácida o básica.

Ejercicios de Opción Múltiple

Pregunta 1

Los compuestos HCl, NaCl, NaOH, podrían clasificarse como:

Respuesta correcta: d) ácido, sal, base

Pregunta 2

Si se desea determinar la acidez de una cierta solución, ¿cuál de los siguientes compuestos de calcio podría utilizarse?

Respuesta correcta: b) Ca(OH)₂

Pregunta 3

En la ecuación H₂O + H₂PO₄⁻ ↔ H₃PO₄ + OH⁻, la especie H₂PO₄⁻ se comporta como:

Respuesta correcta: b) base (porque acepta un protón del agua para formar H₃PO₄)

Pregunta 4

Directa o indirectamente, la medida del pH de una solución permite conocer alguna de estas propiedades:

1. El comportamiento ácido de una sustancia en disolución.
2. El comportamiento básico de una sustancia en disolución.
3. La concentración de iones H⁺.
4. La concentración de iones hidroxilo (OH⁻).

Respuesta: Todas son correctas.

Pregunta 5

El compuesto de fórmula HCl es considerado un ácido fuerte debido esencialmente a una de estas propiedades:

Respuesta correcta: c) Porque en disolución acuosa se disocia completamente, generando una alta concentración de iones H⁺.

Propiedades Generales

Ácidos

• Son conductores de la electricidad en disolución.
• Cambian el color de los indicadores (ej. papel tornasol a rojo).
• Liberan hidrógeno gaseoso (H₂) cuando reaccionan con ciertos metales.
• Reaccionan con soluciones básicas perdiendo sus características (neutralización).

Bases

• Conducen la corriente eléctrica en disolución.
• Cambian el color de los indicadores (ej. papel tornasol a azul).
• Reaccionan con ácidos perdiendo sus características (neutralización).

Fuerza de Ácidos y Bases

Ácidos y Bases Fuertes

Son aquellas que presentan en solución acuosa un alto porcentaje de disociación, es decir, se ionizan casi por completo.

Ácidos y Bases Débiles

Son aquellos que en solución acuosa presentan un bajo porcentaje de disociación, estableciendo un sistema de equilibrio.

Nota: Como la disociación iónica es mayor en un ácido fuerte que en uno débil, la concentración de iones H⁺ será mayor en una solución de ácido fuerte.

Constante de Disociación (K)

La constante de disociación (Ka para ácidos, Kb para bases) indica la fuerza de un ácido o una base débil.

• K > 1: Fuerte
• K > 10⁻⁴: Intermedio
• K > 10⁻¹⁴: Débil
• K ≤ 10⁻¹⁴: Muy débil

Medición del pH

La escala de pH, diseñada por Søren Sørensen, mide el grado de acidez o basicidad de una solución.

Instrumentos y Métodos

• pH-metro (peachímetro): Instrumento digital que ofrece la mayor precisión.
• Papel indicador de pH: Tira de papel que contiene una mezcla de indicadores y muestra un valor numérico de pH (generalmente del 0 al 14) al cambiar de color.
• Indicador ácido-base: Es una solución que permite identificar si una sustancia es ácida o básica mediante un cambio de color visible.
• Papel tornasol: Indicador que solo permite identificar de forma cualitativa si una sustancia es ácida o básica, sin dar un valor numérico de pH.