Fundamentos de Ácidos y Bases: Teorías, pH y Constante de Ionización

1. Definición de las teorías ácido-base

Teoría de Arrhenius

• Un ácido es una sustancia que, cuando se disuelve en agua, libera iones hidrógeno (H⁺).
• Una base es una sustancia que, al disolverse en agua, libera iones hidroxilo (OH^–).

Teoría de Brönsted – Lowry

• Un ácido es una sustancia (molécula o ion) que puede transferir un protón (H⁺) a otra sustancia.
• Una base es una sustancia que puede aceptar un protón.

Teoría de Lewis

• Un ácido es todo átomo, molécula o ion capaz de aceptar un par de electrones para formar un enlace covalente.
• Una base es todo átomo, molécula o ion capaz de ceder un par de electrones para formar un enlace covalente.

2. Ácidos y bases de Brönsted: Pares conjugados

La teoría de Brönsted-Lowry propone que un ácido es cualquier sustancia que puede donar un protón y una base es cualquier sustancia que puede aceptarlo.

• Ácidos: Sustancias que se ionizan en agua liberando iones H⁺.
  HCl_(ac) → H⁺_(ac) + Cl^–_(ac)
• Bases: Sustancias que se ionizan en agua liberando iones hidroxilo (OH^–).
  NaOH_(ac) → Na⁺_(ac) + OH^–_(ac)

La reacción de neutralización entre un ácido y una base produce una sal y agua, ya que los iones hidrógeno e hidroxilo se combinan para formarla:

HCl_(ac) + NaOH_(ac) → NaCl_(ac) + H₂O_(l)

3. Constante de ionización del agua

Al producto de la concentración de iones hidronio (H₃O⁺) por la concentración de iones hidróxido (OH^–) se le denomina producto iónico del agua y se representa como K_w. Las concentraciones de los iones H⁺ y OH^– se expresan en moles/litro (molaridad).

Este producto tiene un valor constante igual a 10^–14 a 25 °C, como se muestra en la siguiente ecuación:

4. ¿Por qué utilizar el pH en lugar de la concentración de ion hidronio?

El pH es la medida de la actividad de iones hidrógeno en soluciones y representa el grado de acidez de una sustancia. Se define matemáticamente como el logaritmo negativo de la actividad de los iones hidrógeno: