Química Fundamental: Conceptos de Mol, Ácidos, Bases y Determinación del pH
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Conceptos Fundamentales en Química
El Mol y el Número de Avogadro
El Mol es la unidad utilizada para medir la cantidad de materia o sustancia en un sistema. Es una de las siete unidades fundamentales del Sistema Internacional (SI).
Un mol equivale a la cantidad de partículas (átomos, moléculas, iones, etc.) contenidas en 12 gramos de carbono-12. Este valor es conocido como el Número de Avogadro ($N_A$):
$$1 \text{ mol} = 6.022 \times 10^{23} \text{ unidades}$$
El físico italiano Amedeo Avogadro, en 1811, determinó la relación entre el volumen de un gas y el número de partículas que contiene.
Ácidos y Bases: Definiciones y Propiedades
Definiciones Químicas
Ácidos
Del latín acere, que significa "agrio".
- Definición (Arrhenius): Sustancia que libera iones hidrógeno ($H^+$) cuando se disuelve en agua.
- Definición (Brønsted-Lowry): Sustancia capaz de donar un protón.
Bases o Álcalis
Una base es una sustancia que:
- Definición (Arrhenius): Libera iones hidróxido ($OH^-$) cuando es disuelta en agua.
- Definición (Brønsted-Lowry): Es capaz de aceptar un protón.
Comparativa de Propiedades
| Propiedades de los Ácidos | Propiedades de las Bases |
|---|---|
| Sabor agrio (ácido) | Sabor amargo |
| Sensación irritante o corrosiva al tocar | Sensación suave o jabonosa al tocar |
| Conduce la corriente eléctrica en disolución | Conduce la corriente eléctrica en disolución |
| Neutraliza bases | Neutraliza ácidos |
| Disuelve metales (liberando $H_2$) | Forma sales y agua (al reaccionar con ácidos) |
La Escala de pH: Medición de Acidez y Basicidad
El pH (Potencial de Hidrógeno) se utiliza para representar las concentraciones de iones $H^+$ o $OH^-$ en una disolución acuosa mediante una escala logarítmica de 0 a 14.
División de la Escala de pH
- 0 - 7: Disoluciones Ácidas (Alta concentración de $H^+$).
- 7: Disolución Neutra.
- 7 - 14: Disoluciones Básicas (Alta concentración de $OH^-$).
Una disolución es neutra cuando existe la misma cantidad de iones $H^+$ y de iones $OH^-$.
Aplicaciones Cotidianas
El pH influye en la vida diaria y en la industria:
- Si se busca un cabello brillante y flexible, se recomienda usar champú ácido.
- Si se desea que el cabello se desenrede y sea ligero, se recomienda usar productos básicos.
La mayoría de los alimentos son ligeramente ácidos (ej. carnes y frutas). Muy pocos son básicos (ej. clara de huevo, papa, leche, fibra).
Métodos para la Determinación del pH
Para determinar el pH de un material o disolución, podemos usar diversos métodos:
Indicadores Sintéticos y Equipos
- Papel tornasol
- Papel indicador de pH
- Potenciómetro (o pH-metro)
- Indicadores líquidos (ej. fenolftaleína y anaranjado de metilo)
Indicadores Naturales
Ciertas sustancias naturales cambian de color en presencia de ácidos o bases:
- Col morada
- Jamaica
- Cebolla morada
- Betabel (remolacha)
Papel Tornasol
Es un indicador que cambia de color en presencia de ácidos o bases. En 1671, se extrajo de los líquenes una sustancia llamada "tornasol" que se impregna en el papel. Al contacto con ácidos o bases, cambia de color. Hoy en día, se extrae a menudo de plantas como Roccella tinctoria.
El papel tornasol cambia a color rojo si la sustancia es ácida y a color azul si es base.
Papel Indicador de pH
Este método utiliza una escala numérica y de colores que se encuentra en un muestrario. La tira de papel se introduce en la solución a medir y luego se compara con la escala de colores para anotar el resultado del pH que más se acerque al valor real.
Potenciómetro (pH-metro)
Es un aparato eléctrico que ofrece un alto porcentaje de exactitud en la medición del pH. Se calibra con sustancias amortiguadoras (buffers) de pH conocido, lo que ayuda a eliminar el rango de error y asegura la precisión de la lectura.