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LOS ÁCIDOS Y LAS BASES
Conceptualización
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Los ácidos y bases son dos tipos de sustancias que se pueden caracterizar por las
propiedades que manifiestan.
Desde hace miles de años se sabe que el vinagre, el jugo de limón y muchos otros
alimentos tienen un sabor ácido. El término ácido, en realidad, proviene del término
Latino acere, que quiere decir ácido. Aunque hay muchas diferentes definiciones de los
ácidos y las bases, en esta lección introduciremos los fundamentos de la química de los
ácidos y las bases. Una reacción ácido-base o reacción de neutralización es
una reacción química que ocurre entre un ácido y una base obteniendo como productos
una sal y agua, generalmente. Existen varios conceptos que proporcionan definiciones
alternativas para los mecanismos de reacción involucrados en estas reacciones, y su
aplicación en ejercicios en disolución relacionados con ellas.
La definición de Arrhenius hace énfasis en la presencia de iones H+ en soluciones
acuosas para los ácidos y de iones –OH para las bases.
Una definición más general fue propuesta en 1923 por Johannes Brönsted y Thomas
Lowry quienes enunciaron que una sustancia ácida es aquella que puede donar H+
(protones), exactamente igual a la definición de Arrhenius; pero a diferencia de éste,
definieron a una base como una sustancia que puede aceptar protones.
Una definición más general sobre ácidos y bases fue propuesta por Gilbert Lewis quien
describió que un ácido es una sustancia que puede aceptar un par de electrones y una
base es aquella que puede donar ese par de electrones.
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Consulta más sobre la vida y obra de estos grandes científicos.
La escala de pH
Los químicos usan el pH para indicar de forma precisa la acidez o basicidad de una
sustancia. Normalmente oscila entre 0 (más ácido) y 14 (más básico).
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En la tabla (abajo) aparece el valor del pH para algunas sustancias comunes.
Por su parte, un indicador de pH es una sustancia que cambia de color según el pH. El
cambio de color se debe a un cambio estructural inducido por la protonación o
desprotonación de la especie. Los indicadores Ácido-base tienen un intervalo de viraje de
pH (cambia según el indicador) en el que se da el cambio de color.
Los más conocidos son el naranja de metilo, que vira en el intervalo de pH 3,1 - 4,4, de
color rojo a naranja, y la fenolftaleína, que vira desde un pH 8 hasta un pH 10,
transformando disoluciones incoloras en disoluciones con colores rosados / violetas.
Además se pueden usar indicadores caseros como la disolución resultante de hervir con
agua col lombarda (repollo colorado), pétalos de rosa roja, raíces de cúrcuma a partir de
las cuales se obtiene curcumina, y otros (entre los cuales podemos destacar a la col
morada y la piel de ciruela, que son usadas por algunas culturas indígenas).
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Cálculos de neutralización de ácidos con bases
Muchos cálculos estequiométricos se simplifican y facilitan si se usa el concepto de peso
equivalente. Por éste método se puede, para ciertas reacciones, establecer la proporción
de combinación entre las especies reaccionantes sin necesidad de escribir la ecuación
balanceada. Los casos más comunes son: el de los ácidos cuando reaccionan con bases,
y el de los oxidantes cuando reaccionan con reductores. Por supuesto, nos ocupa la
reacción de ácidos con bases.
Miremos el siguiente ejemplo en el que ácido sulfúrico, H2SO4 se neutraliza con la base
hidróxido de aluminio, Al(OH)3:
H2SO4 + Al(OH)3 → Al2(SO4)3 + H2O
En forma iónica y sin tener en cuenta el balanceo:
H+ + SO42- + Al3+ + -OH → Al3+ + SO42- + H2O
La reacción iónica neta es:
H+ + -OH → H2O
Como se ve, los iones hidronio, H+ se combinan con los iones hidroxilo –OH en proporción
uno a uno para forma agua. Pues bien, una cantidad tal de cualquier ácido que
proporcione para la reacción 1 mol de iones H+ es un Peso Equivalente, PE, y se
combinará exactamente con una cantidad tal de base que proporcione una mol de iones –
OH (un peso equivalente de base). Así, en la neutralización del H2SO4 cada mol de ácido
corresponde a dos equivalente y en el Al(OH)3 cada mol de base corresponde a 3
equivalentes. Luego, los Pesos Equivalentes, PE serán:
PEácido = PM/2 = 98 g/mol/2 eq/mol = 49 g/eq (¡49 g de H2SO4 aportan 1 mol de H+ ¡)
PEbase = PM/3 = 78 g/mol/3 eq/mol = 26 g/eq (
?
)
Entonces, ¿cuántos equivalentes de cualquier base se necesitarán para neutralizar 25 g
de H2SO4?
Los Eqácido = mácido/PEácido = 25 g/49 g/eq = 0.51 eq ácido
Como en toda reacción ácido-base, la cantidad de equivalentes de ácido que reaccionan
es igual a la cantidad de equivalentes de base (Eqácido = Eqbase), entonces se necesitan
0.51 eq de cualquier base.
Ahora, si esa base es Al(OH)3, ¿cuántos g se requieren de esta sustancia?
Como Eqbase = mbase/PEbase, entonces
mbase = Eqbase x PEbase = 0.51 eq x 26 g/eq = 13,26 g de Al(OH)3.
Es decir, 25 g de H2SO4 son neutralizados completamente por 13,26 g de Al(OH)3.
Preguntas
1. Para neutralizar 5 g de hidróxido de calcio, Ca(OH)2, cuántos ml de solución de
H2SO4 al 10% (d=1.066 g/ml) se necesitan?
2. Calcular el % de fosfato ácido de calcio, Ca(H2PO4)2 de un material si 2 g de éste
consumieron 5 ml de solución de NaOH al 10% a 20°C.
La reacción es H2PO4- → HPO42-.