Teorías Ácido-Base: Fundamentos y Aplicaciones

Teorías Ácido-Base

Teorías

1. Arrhenius: Teoría de la disolución o ionización en H₂O
2. Brønsted-Lowry: Teoría protónica
3. Lewis: Teoría electrónica

Definiciones

Definición de Ácido:

1. Dona iones H⁺ en H₂O
2. Dador de p⁺
3. Aceptor de par de e^-

Definición de Base:

1. Dona iones OH^- en H₂O
2. Aceptor de p⁺
3. Dador de par de e^-

Reacción Ácido-Base:

1. Formación de agua
2. Transferencia protónica
3. Formación de un enlace covalente coordinado

Limitaciones:

1. Aplicable únicamente en disoluciones acuosas
2. Aplicable únicamente a reacciones de transferencia de p⁺
3. La teoría de Lewis es más general.

Sustancia Anfótera

Sustancia que puede actuar como ácido o base dependiendo de la naturaleza de la disolución. Ejemplos: el Agua H₂O, ciertos iones como HSO₄^- y HCO₃^- que son anfolitos que pueden donar o aceptar un p⁺.

Ácido conjugado: Se forma cuando se añade un protón H⁺ a su base.

Base conjugada: Se forma cuando se elimina un protón H⁺ de su ácido.

Par ácido-base conjugado: Dos sustancias relacionadas por la pérdida o ganancia de un protón.

Ácidos y Bases Fuertes y Débiles

Ácidos fuertes: H₂SO₄, HCl, HBr, HI, HNO₃, HClO₄. Ácidos débiles: CH₃COOH, H₃PO₄, HF, H₂S, HCN, H₂CO₃. Bases Fuertes: LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca(OH)₂, Sr(OH)₂. Bases débiles: NH₃, CH₃NH₂, Cu(OH)₂, Mn(OH)₂, Fe(OH)₃, Zn(OH)₂.

Disociación

Proceso que ocurre cuando las sustancias iónicas se separan en iones por acción del disolvente.

El equilibrio de un ácido débil y sus productos puede escribirse como una expresión de disociación ácida, Ka.

Ionización

Proceso en el que se disuelve un compuesto covalente para producir iones en disolución acuosa.

No todas las sustancias con enlaces covalentes sufren ionización. Los ácidos fuertes se disocian completamente cuando se disuelven en agua, pero los ácidos débiles se ionizan y disocian sólo parcialmente.

Ionización del Agua

K_w = [H₃O⁺][OH^-], K_w = 1.0 x 10^-14, [H₃O⁺] = [OH^-] = 1.0 x 10^-7

De acuerdo a las concentraciones [H⁺] y [OH^-], las disoluciones pueden ser:

• Ácidas: [H⁺] > [OH^-] y [H⁺] > 1.0 x 10^-7
• Básicas: [H⁺] < [OH^-] y [H⁺] < 1.0 x 10^-7
• Neutras: [H⁺] = [OH^-] y [H⁺] = 1.0 x 10^-7

Concepto de pH y pOH

pH = -log[H₃O⁺] pOH = -log[OH^-] pH + pOH = 14

pH ácido: 0 al 6 pH neutro: 7 pH alcalino: 8 al 14

Reacciones de Ácidos y Bases

Reacciones de Ácidos con Metales

Es una reacción de sustitución única. Los ácidos reaccionan con todos los metales que se encuentran por arriba del hidrógeno en la serie electromotriz de actividad para liberar o desprender H₂. Los ácidos no reaccionan con los metales que se encuentran debajo del hidrógeno en la serie electromotriz o de actividad (Cu, Hg, Ag y Au).

Acciones de Bases para Formar Compuestos Insoluble

La reacción entre una base y un catión metálico para formar un compuesto insoluble es una reacción de sustitución doble. La aplicación de las reglas para la solubilidad de sustancias inorgánicas en agua muestra cuándo esta reacción se lleva a cabo.

Reglas para la Solubilidad de las Sustancias Inorgánicas en Agua

1. Casi todos los nitratos y acetatos son solubles.
2. Todos los cloruros son solubles, excepto: AgCl, HgCl₂, PbCl₂.
3. Todos los sulfatos son solubles, excepto el BaSO₄, SrSO₄, PbSO₄.
4. La mayor parte de las sales de metales alcalinos y sales de amonio son solubles.
5. Todos los ácidos comunes son solubles.
6. Todos los óxidos e hidróxidos son insolubles, excepto los de metales alcalinos y de ciertos metales alcalinotérreos que son moderadamente solubles.

Ácidos, Carbonatos y Bicarbonatos

Cuando se agrega ácido a un carbonato o bicarbonato, los productos son CO₂, H₂O y un compuesto iónico.

Reacciones de Neutralización

Es una reacción más común de ácidos y bases. La neutralización de un ácido con una base da como resultado la transferencia de un protón del ácido a la base. Esta transferencia de protón o reacción ácido-base es uno de los procesos químicos más comunes. En su forma más sencilla, un ácido fuerte transfiere un protón a un hidróxido para dar una sal y agua. Basándonos en la estequiometría de la reacción de neutralización podemos determinar la concentración desconocida de un ácido o una base a través de una técnica o procedimiento químico llamado titulación.