Significado de Ácidos y bases Definición, características, fuertes y débiles, y reacciones
MSc. Licenciada en Química
Definición formal
Al mezclar un compuesto químico con agua, éste puede disolverse, separándose en iones positivos e iones negativos. Si los iones positivos forman iones hidronio, H3O+, entonces esta sustancia es un ácido. Si, por el contrario, los iones negativos se identifican como iones hidroxilo, OH- a esta sustancia se le denomina base.
Un ejemplo de un ácido es el ácido clorhídrico. Como observamos en la siguiente ecuación el ácido se combina con el agua y se separa en iones hidronio e iones cloruros:
\(HCl+{{H}_{2}}O\to {{H}_{3}}{{O}^{+}}+C{{l}^{-}}\)
Entonces, ¿qué ocurre con una base? Muchas bases tienen, en su estructura, el anión OH- y al disolverse en agua se separa en sus iones hidróxido y sodio:
\(NaOH+{{H}_{2}}O\to O{{H}^{-}}+N{{a}^{+}}+{{H}_{2}}O\)
Otras bases no poseen el ion OH-, como por ejemplo el amoniaco NH3. Sin embargo, esta sustancia, al combinarse con el agua, libera los iones OH- y por ello, se les reconoce como base. Más adelante hablaremos más de esta base.
Características de las soluciones ácidas
La mayoría de los ácidos poseen ciertas características comunes, que sirven para distinguirlos de otras sustancias. Los ácidos tiene un sabor agrio en boca, algunas soluciones muy diluidas de ácidos se pueden consumir sin ningún problema. Un ejemplo de ello es el vinagre comercial, el cual es una solución de ácido acético al 5%.
También, los ácidos se reconocen cuando, al reaccionar con metales tales como el hierro, el magnesio y el zinc se observa un desprendimiento de un gas, este gas es hidrógeno H2, el cual se produce a partir de los protones del ácido.
Una característica muy importante para el reconocimiento de una sustancia como ácido es el cambio de color del papel tornasol. Si el papel tornasol vira de azul a rojo, la sustancia es ácida.
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Los ácidos fuertes y las bases fuertes son sustancias corrosivas
Características de las bases
Al igual que los ácidos, las bases poseen características únicas que facilitan su distinción. En cuanto al sabor, las bases tienen un sabor amargo. Pero, ¡cuidado! No se recomienda probar las bases. Típicamente, las bases reaccionan con ácidos para formar sal y agua.
Otro aspecto, es que las bases cambian el color del papel tornasol de rojo a azul. Esta prueba del papel tornasol es ideal para identificar si una disolución es ácida o básica.
Los ácidos fuertes y débiles
No todos los ácidos y las bases se disocian en igual proporción. Estos se separan en variadas proporciones, determinando el nivel de la fuerza ácida o básica. Para que un ácido sea llamado ácido fuerte, debe ionizarse completamente (o con una alta proporción) en solución acuosa.
Los ácidos fuertes más comunes son: El clorhídrico (HCl), bromhídrico (HBr), yodhídrico (HI), sulfúrico (H2SO4), nítrico (HNO3), y perclórico (HClO4).
Cuando el ácido no cede todos sus protones al agua, es decir la disociación es incompleta, podemos afirmar que estamos en presencia de un ácido débil. Un ejemplo de ácido débil es el ácido acético, CH3COOH.
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El vinagre comercial es una solución de ácido acético al 5% en peso.
Otros ácidos débiles que se usan frecuentemente son, el ácido fosfórico, H3PO4 y el ácido carbónico, H2CO3 el cual se forma cuando se disuelve el dióxido de carbono, CO2 en agua. Las bebidas carbonatadas contiene este ácido.
Entonces, podemos preguntarnos, ¿por qué hay ácidos que se disocian completamente y otros no? Eso depende de la interacción que haya entre el protón y el resto de la molécula del ácido. Los protones salen con mayor facilidad mientras menor sea su afinidad con el resto de la molécula.
Bases fuertes y débiles
La definición de base fuerte es análoga a la del ácido fuerte. Si al disolver una base en agua se observa una total disociación de ésta, podemos afirmar que es una base fuerte. La más utilizada es, el hidróxido de sodio, NaOH.
Podemos identificar como bases fuertes a todos los hidróxidos de los metales alcalinos, como por ejemplo, el hidróxido de potasio, KOH. Otras bases fuertes son el hidróxido de calcio, Ca(OH)2; el hidróxido de bario Ba(OH)2 y el hidróxido de estroncio Sr(OH)2.
Como podemos imaginarnos ya, una base débil no se ioniza por completo. El hidróxido de magnesio, Mg(OH)2 es un ejemplo de base débil. Este hidróxido es el utilizado en la formulación de antiácidos (llamado leche de magnesia).
Los hidróxidos de los metales de transición son bases débiles, como el hidróxido de hierro Fe(OH)2, además poseen muy poca solubilidad en agua. El amoniaco, NH3 es otra base débil popular. El amoniaco es un gas a temperatura ambiente, pero se disuelve con facilidad en agua produciendo, en concentraciones relativamente bajas, los iones hidróxidos por eso es una base débil..
\(N{{H}_{3}}+{{H}_{2}}O\to NH_{4}^{+}+O{{H}^{-}}\)
Reacciones de los ácidos
La reacción más común tanto de los ácidos como de las bases es la reacción de neutralización. En esta reacción el ácido se combina con la base para formar una sal y agua. Un ejemplo común es la neutralización del ácido clorhídrico con respecto al hidróxido de sodio.
\(\acute{a}cido+base\to sal+agua\)
\(HCl+NaOH\to NaCl+{{H}_{2}}O\)
De igual forma se produce sal y agua al reaccionar un ácido con un óxido metálico, como por ejemplo el óxido de calcio, CaO.
\(\acute{a}cido+\acute{o}xido~met\acute{a}lico\to sal+agua\)
\(2HCl+CaO\to {{H}_{{2~}}}O\)
Los ácidos, asimismo, reaccionan con metales activos, tales como el zinc, para producir hidrógeno gaseoso y una sal del catión del metal con el anión del ácido.
\(metal~activo+\acute{a}cido\to hidr\acute{o}geno~gaseoso+sal\)
\(Zn+{{H}_{2}}S{{O}_{4}}\to {{H}_{2}}\left( {gas} \right)+ZnS{{O}_{4}}\)
Adicionalmente, los ácidos reaccionan con los carbonatos o los bicarbonatos para formar dióxido de carbono, una sal y agua.
\(\acute{a}cido+carbonato\to di\acute{o}xido~de~carbono+sal+agua\)
\(2HCl+CaC{{O}_{3}}\to C{{O}_{2}}+CaC{{l}_{2}}+{{H}_{2}}O\)
Reacciones de las bases
Las reacciones características de las bases se deben a la presencia del ion hidróxido, OH- y se denominan reacciones básicas o alcalinas. Las más representativas son las de neutralización con un ácido, la cual fue descrita en la sección anterior. Además, las bases suelen reaccionar con soluciones de sales de metales de transición para generar hidróxidos de metales de transición, insolubles o muy poco solubles y una sal soluble.
\(base+sal~de~metal~de~transici\acute{o}n\to hidr\acute{o}xido~de~metal~de~transici\acute{o}n+sal\)
\(2KOH+Ni{{\left( {N{{O}_{3}}} \right)}_{2}}\to Ni{{\left( {OH} \right)}_{2}}+2KN{{O}_{3}}\).
También, las bases responden con las grasas para producir jabón; en otras palabras, las bases reaccionan con los ácidos grasos de los triglicéridos para dar glicerol y la sal del ácido o jabón.
¿Qué ocurre con la lluvia ácida?
La quema de la hulla (carbón mineral que se emplea como combustible) produce dióxido de azufre gaseoso, SO2 el cual permanece en el ambiente. Este gas se disuelve en el vapor de agua atmosférico generando ácido sulfuroso H2SO3. Este dióxido de azufre puede, adicionalmente, oxidarse formando SO3 que también se disuelve para formar ácido sulfúrico, H2SO4. Asimismo, todos los gases de óxidos no metálicos (NOx, SOx y COx) que se encuentran en la atmósfera se disuelven en el vapor de agua y, la suma de todos estos ácidos disueltos en la lluvia, es lo que se conoce como lluvia ácida.
Está claro que esta lluvia ácida produce efectos dañinos al ecosistema y al medioambiente en general. La lluvia ácida ha originado daños irremediables en bosques, mares, ríos, etc. Así como también, ha arruinado estructuras metálicas, edificios, puentes, monumentos y otros. Es importante reducir las emisiones de estos gases contaminantes para asimismo, disminuir la producción de esta lluvia y mitigar los efectos de ésta en el medioambiente.
Bibliografía
Burns R. Fundamentos de Química. 2da ed. Prentice Hall Hispanoamerica, s.a. 1996.
Aldabe S y Aramendia P. Química 2. Química en acción. Ediciones Colihue SRL. 2004.
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Trabajo publicado en: Ene., 2021.