Fundamentos de la Química Ácido-Base: Teorías, Propiedades y Medición del pH

Introducción y Propiedades Generales de Ácidos y Bases

Ejemplos de Ácidos: Ácido acético (vinagre).

Indicadores Ácido-Base: Tornasol, col morada, rábanos, tulipanes.

Propiedades de los Ácidos

La palabra ácido proviene del latín acidus, que significa «agrio».

• Sabor: Agrio.
• Indicadores: Cambian el color del papel tornasol de azul a rojo.
• Reacción con metales: Reaccionan con los metales liberando gas hidrógeno (H₂).
• Reacción con bases: Reaccionan con las bases en un proceso denominado neutralización.
• Conductividad: Conducen la electricidad (electrolitos).

Propiedades de las Bases

La palabra álcali proviene del árabe al-qaliy, que significa «cenizas de plantas».

• Sabor: Amargo.
• Indicadores: Cambian el color del papel tornasol de rojo a azul.
• Textura: Resbalosos (jabonosos).
• Reacción con ácidos: Pierden sus propiedades cuando reaccionan con los ácidos.

Importancia de los Ácidos y Bases

Los compuestos ácido-base son fundamentales en la producción de fertilizantes, pigmentos, fibras sintéticas, vidrio, sal y productos derivados del petróleo. Tienen una importancia crucial en sistemas químicos, biológicos y geológicos. Por ejemplo, el ácido ascórbico y la penicilina son estables en medios ácidos y no en básicos.

Teorías Fundamentales Ácido-Base

Teoría de Arrhenius o Disociación Electrolítica

Esta teoría explica cómo las disoluciones de ciertos compuestos pueden conducir la electricidad.

Definiciones de Arrhenius

• Ácido de Arrhenius: Sustancia capaz de ionizarse cediendo un protón (ion H⁺) en solución acuosa.
• Base de Arrhenius: Sustancia capaz de ionizarse cediendo iones hidroxilo (OH⁻) en solución acuosa.

Fuerza de Ácidos y Bases

El comportamiento de los ácidos y bases depende de la cantidad de iones que forman al disociarse en agua.

• Ácido Fuerte: Si más del 50% de la sustancia está disociada. Cuanto mayor sea la constante de acidez (Kₐ), más fuerte será el ácido.
• Ácidos Débiles: Bórico, carbónico, acético.
• Ácidos Moderados: Fosfórico.
• Ácidos Fuertes: Sulfúrico, nítrico, clorhídrico.

La fuerza de las bases (hidróxidos) está determinada principalmente por su solubilidad. Depende del porcentaje de unidades disociadas, no del número de iones. Ejemplos de bases débiles incluyen aminas e hidróxido de amonio.

Clasificación de Ácidos por Protones

Los ácidos se pueden caracterizar como di- o tripróticos de acuerdo con el número de protones ionizables que poseen:

• Monopróticos: HCl y ácido acético (ceden un protón).
• Dipróticos: Ácido sulfúrico (ceden dos protones).

Electrolitos

Son sustancias cuyas soluciones acuosas conducen la electricidad. La diferencia entre electrolitos y no electrolitos radica en que los primeros pueden producir iones en solución.

• Electrolitos Fuertes: Se ionizan al 100%. Ejemplos: Ácidos sulfúrico, nítrico, clorhídrico, bromhídrico; hidróxidos de sodio, potasio, calcio y bario.
• Electrolitos Débiles: Ejemplos: Ácidos acético, nitroso, carbónico, amoníaco, etc.

Limitación de la Teoría de Arrhenius: No puede explicar el comportamiento ácido-base en solventes distintos al agua.

Teoría de Brønsted-Lowry

Esta teoría se centra en la transferencia de protones y permite analizar las propiedades de las reacciones ácido-base en cualquier solvente.

• Ácido: Es un donador de protones (H⁺).
• Base: Es un aceptor de protones (H⁺).

Pares Conjugados

Cuando una base acepta un protón, forma su ácido conjugado. Cuando un ácido pierde un protón, forma su base conjugada.

• Base Conjugada (BC): Es la especie que queda cuando el ácido pierde un protón.
• Ácido Conjugado (AC): Resulta de la adición de un protón a una base.

Medición y Aplicaciones del pH

La Escala de pH

El químico danés S. P. L. Sørensen desarrolló la escala de pH, que significa pouvoir d'hydrogène o potencial de hidrógeno. El pH expresa la concentración de iones de hidrógeno de una solución mediante una escala numérica que va desde 0 hasta 14.

Métodos de Medición del pH

• Potenciómetro (pH-metro): Método cuantitativo que proporciona un valor exacto.
• Papel Indicador Universal: Proporciona un valor aproximado.
• Papel Tornasol: Método cualitativo (solo indica si es ácido o base).

Soluciones Amortiguadoras (Buffers)

También se les llama soluciones reguladoras o soluciones tampón. Una solución amortiguadora es aquella que resiste los cambios de pH cuando se le añaden pequeñas cantidades de ácido o base.

Ejemplo Biológico: La sangre actúa como un amortiguador, manteniendo un pH constante de 7.4. Un pH inferior a 7.35 indica acidosis.

Impacto Ambiental: La Lluvia Ácida

El agua (H₂O) absorbe dióxido de carbono (CO₂) de la atmósfera, lo que resulta en una lluvia normal con un pH de aproximadamente 5.6.

La lluvia ácida, con valores de pH mucho más bajos (como el registrado en Pitlochry, Escocia, de 2.4), provoca graves daños:

• Deterioro de estructuras metálicas y artefactos.
• Ruptura de fibras sintéticas como el nylon.
• Desmineralización del suelo.
• Ralentización de la fotosíntesis.
• Extinción de bosques"