Fundamentos de la Química Ácido-Base: Definiciones, pH y Sistemas Amortiguadores

Definición de Ácidos y Bases (Teoría de Brønsted-Lowry)

Los ácidos son sustancias capaces de donar un protón ($H^+$), y las bases son sustancias capaces de aceptar un protón.

Par Ácido-Base Conjugado

• Un ácido y una base, como el $H_2O$ y el $OH^-$, que solo difieren por la presencia o ausencia de un protón, se denominan par ácido-base conjugado.
• La base conjugada de un ácido de Brønsted es la especie que queda cuando el ácido pierde un protón. A la inversa, un ácido conjugado resulta de la adición de un protón a una base de Brønsted.

Clasificación de Ácidos y Bases

Ácidos

• Ácidos Débiles: Son electrolitos débiles que se ionizan solo parcialmente.
• Ácidos Fuertes: Son electrolitos fuertes; reaccionan con agua para formar $H^+$ (o $H_3O^+$). Prácticamente no quedan moléculas de ácido sin disociar en la solución.

Bases

• Bases Fuertes: Son electrolitos fuertes que se ionizan completamente en solución. Los hidróxidos de los metales alcalinos y alcalinotérreos, tales como el $NaOH$, el $KOH$ y el $Ba(OH)_2$, son bases fuertes.
• Bases Débiles: Son electrolitos débiles que se ionizan solo parcialmente. Por ejemplo, el amoníaco ($NH_3$).

El Concepto de pH

La escala de pH proporciona una manera apropiada de expresar la acidez y la basicidad de soluciones acuosas diluidas.

• La fuerza de una base se refiere a su capacidad para aceptar un protón proveniente de un ácido de referencia, que normalmente es el disolvente.

Sistemas Amortiguadores (Buffers)

El Efecto del Ion Común

Según el principio de Le Châtelier, el equilibrio entre las moléculas de ácido acético y los iones acetato en una solución acuosa de ácido acético se desplazará hacia la izquierda por la presencia de iones acetato provenientes del acetato de sodio. Esto provoca que la concentración de hidronio ($H_3O^+$) disminuya y la concentración de moléculas de ácido acético aumente. El desplazamiento del equilibrio provocado por la adición de un soluto que origina un ion común se llama efecto del ion común.

Mecanismo de Amortiguación

• Efecto Amortiguador: Cuando se agrega una base a la solución amortiguadora, los iones hidronio reaccionan con los iones hidróxido de la base agregada para formar agua. El equilibrio se desplaza hacia la derecha, por lo que la concentración de hidronio no disminuye drásticamente y los hidróxidos quedan “enmascarados” en las moléculas de agua.
• En una solución amortiguadora, las concentraciones tanto de moléculas de ácido como de iones (base conjugada) deben ser grandes en comparación con las cantidades de ácido o base que probablemente se agreguen a la solución para que esta tenga suficiente capacidad de regulación.