El término ácido es asociado con líquidos altamente peligrosos y corrosivos, razón que no es cierta del todo, ya que existen ácidos en una infinidad de frutas y verduras que no son propiamente corrosivos o en medicamentos para el dolor de cabeza, como el ácido acetilsalicílico.

     Los términos base y álcali probablemente no resulten familiares, sin embargo, están presentes en productos de limpieza con amonia, en la sosa utilizada para remover cochambre, aun en remedios contra las agruras o acidez como el bicarbonato de sodio, en las sales derivadas de la uva y los geles de aluminio o magnesio.

Científicos que iniciaron los estudios acerca de ácidos y bases

Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794), químico francés, fue el primero en estudiar los ácidos y las bases. Observó que los ácidos se formaban disolviendo en agua el producto obtenido al quemar elementos no metálicos en atmósfera de oxígeno (óxidos no metálicos). Posteriormente, Humphrey Davy (1778-1829), químico inglés, demostraría que el ácido clorhídrico carecía de oxígeno. Por la misma época, Gay-Lussac (1778-1850), físico y químico francés, comprobó que el ácido cianhídrico tampoco contenía oxígeno.

     Davy y Gay-Lussac sugirieron que las propiedades de los ácidos se debían a su contenido en hidrógeno y no en oxígeno. Diversas teorías han tratado de precisar los conceptos de ácido y base con mayor fundamento. Según Arrhenius, Brönsted-Lowry y Lewis, ácidos y bases pueden considerarse químicamente opuestos, ya que al reaccionar entre ellos se neutralizan entre sí, cambiando las propiedades iniciales características en ambos. De hecho, la química de estas reacciones entre ácidos y bases se conoce como reacción de neutralización y es de las más antiguas que se han identificado.

CARACTERIZACION DE LOS ÁCIDOS Y LAS BASES

La importancia de los ácidos y las bases no es exclusivamente teórica. Ambas sustancias tienen una función esencial en la industria química y en casi todo proceso biológico, lo mismo en la célula que en el organismo.

     Arrhenius define a los ácidos y las bases así:

     Los ácidos son sustancias que en disolución acuosa producen iones hidronio (H3O+), y las bases a su vez producirán iones hidroxilo (OH–).

Propiedades y características de los ácidos

  • El ion hidronio (H3O+) es constituyente especial de todos ellos.
  • Poseen un sabor agrio (como muchos productos químicos son venenosos, nunca debe utilizarse el sabor para identificar a las sustancias).
  • Reaccionan con algunos metales desprendiendo hidrógeno (como el Zn).
  • Cambian de color ciertas sustancias llamadas indicadores; por ejemplo: el anaranjado de metilo se torna rojo; en una disolución de azul de tornasol se colorean de rojo, y con la fenolftaleína no producen coloración alguna.
  • Conducen la electricidad en disolución acuosa (son electrólitos).
  • Generalmente son corrosivos (reaccionan con los metales).
  • Reaccionan con las bases produciendo sales y agua (reacción de neutralización).

     Los ácidos se dividen en dos grandes grupos:

No contienen oxígeno en su molécula

Contienen oxígeno en su molécula

HF (ácido fluorhídrico)

H2SO4 (ácido sulfúrico)

HCI (ácido clorhídrico)

H2PO4 (ácido fosfórico)

HBr (ácido bromhídrico)

HNO3 (ácido nítrico)

HI (ácido yodrhídrico)

HCIO3 (ácido clórico)

 

 

Propiedades y características de las bases

  • El ion hidroxilo (OH–) las caracteriza ya que se encuentra presente este ion.
  • Presentan sabor a lejía (amargo como el jabón).
  • Son resbaladizas al tacto.
  • Con el indicador anaranjado de metilo aparece coloración amarilla, la fenolftaleína presenta coloración roja intensa y con el tornasol cambia a color azul.
  • Conducen la corriente eléctrica en disolución acuosa (son electrólitos).
  • Generalmente son corrosivas.
  • Poseen propiedades jabonosas.
  • Disuelven los aceites y el azufre en agua.
  • Reaccionan con los ácidos para producir sales y agua (reacción de neutralización).

     Ejemplos de bases o álcalis son:

 

NaOH hidróxido de sodio (sosa cáustica)

KOH hidróxido de potasio (potasa)

Ca(OH)2 hidróxido de calcio (cal apagada)

Mg(OH)2 hidróxido de magnesio

     Algunos ejemplos de ácidos y bases que se encuentran en nuestro entorno o nuestro cuerpo son: las bebidas refrescantes y el jabón para ropa.

 

FUERZAN DE LOS ÁCIDOS Y LAS BASES

No siempre los ácidos y las bases se ionizan por completo en una disolución acuosa. Un ácido, como el sulfúrico, que se disocia completamente en iones positivos (H3O+) y iones negativos (SO4–2), es un ácido fuerte. Una base como el hidróxido de sodio o sosa cáustica que se disocia completamente en iones positivos (Na+) y negativos (OH–) es una base fuerte.

     Existen ácidos y bases que sólo se disocian ligeramente en una disolución acuosa; tal es el caso del hidróxido de amonio (base) que se ioniza de forma parcial en iones amonio (NH4+) y iones hidroxilo (OH–), la mayor parte de las moléculas de hidróxido de amonio permanecen sin disociarse; por lo tanto, es una base débil. El ácido acético sólo se ioniza ligera o parcialmente en una disolución, razón por la cual es un ácido débil.

     Un ácido o base débil es aquella sustancia que no está totalmente disociada en una disolución acuosa.

     Algunos ejemplos de ácidos y bases, fuertes y débiles son:

Ácidos fuertes

Ácidos débiles

HCIO4 ácido perclorico

H2C O3 ácido carbónico

HCI ácido clorhídrico

H2S ácido fsulfhídrico

H2SO4 ácido sulfúrico

HC3COOH ácido acético (compuesto orgánico)

HNO3 ácido nítrico

HBrO ácido hipobromoso

 

Bases fuertes

Bases débiles

NaOH hidróxido de sodio (sosa cáustica)

NH4OH hidróxido de amonio

KOH hidróxido de potasio (potasa)

NH2OH hidroxilamina

LiOH hidróxido de litio

Ca(OH)2 hidróxido de calcio (cal apagada)


NEUTRALIZACIÓN, INDICADORES Y FROMACIÓN DE SALES

Los ácidos reaccionan con las bases (o álcalis) para formar sal y agua.

     El agua se forma por la combinación del ion hidrógeno del ácido y del ion hidroxilo de la base, mientras que los iones negativos del ácido se unen a los iones positivos de la base formando un nuevo compuesto. Este compuesto iónico es una sal.

     Las reacciones de neutralización son de gran importancia tanto en la bioquímica (química de los organismos vivos) como en los procesos industriales y de laboratorio, pero también ayudan a explicar fenómenos cotidianos como la caries dental: el esmalte dental está formado por un compuesto básico, por lo que es atacado y destruido por los ácidos que se comen.

     A pesar de que la saliva es neutra, las bacterias que se encuentran en la boca descomponen los restos alimenticios que permanecen entre los dientes produciendo sustancias ácidas. El azúcar (contenida dulces, chocolates y refrescos) es perjudicial, ya que en presencia de dichas bacterias acaba produciendo ácido láctico (ácido débil), que con el tiempo termina por disolver el esmalte. Esto explica el porqué los dentistas sugieren ingerir la menor cantidad de dulces, chocolates y refrescos, así como cepillarse los dientes adecuadamente.

     Los iones fluoruro (el que aplica el dentista periódicamente) se incorporan al esmalte formando con ello un compuesto fluorado (similar al teflón de algunos utensilios de cocina), lo cual lo hace más resistente a los ácidos.

     De aquí que el flúor haya causado una revolución en el mundo de las pastas dentales. Resumiendo, las reacciones ácido-base en la boca fomentan la caries dental.

Los indicadores

Se da el nombre de indicadores a los compuestos químicos orgánicos (electrólitos débiles) que varían de color de acuerdo con los cambios de concentración de ácido H3O+ o base OH de la disolución a la que se agreguen.

     La escala de pH —igual al logaritmo negativo de la concentración de H3O+ se utiliza para indicar la acidez o basicidad de cualquier disolución acuosa.

     Para poder comparar la acidez y la basicidad en las disoluciones se utiliza una escala numérica llamada escala pH. Si la disolución tiene un pH menor que 7 se dice que es ácida; si el pH es mayor que ese número, básica. El pH igual a 7 indica que la disolución es neutra, éste es el caso del agua destilada (químicamente pura), a 25 º C y el pH fisiológico de la sangre es 7.4.

Utilidad de conocer el pH de las sustancias

El pH es de gran utilidad para la vida; los fenómenos bioquímicos como los que se efectúan dentro de las células (de plantas y animales), se realizan a un pH determinado; por ejemplo: el transporte de oxígeno en la sangre se efectúa a un pH ligeramente alcalino de 7.4. En los suelos, el pH mejora la producción de ciertas plantas, así como el cultivo y desarrollo de algunos microorganismos.

     El cabello sano tiene un pH ligeramente ácido, alrededor de 5 en la escala; por tanto, ése debería ser el pH de los champús los cuales suelen ser alcalinos, ya que contienen algún detergente con base alcalina.

     El cabello humano está formado por proteínas unidas entre sí por diferentes tipos de enlace. Las disoluciones básicas o alcalinas provocan el rompimiento de dichos enlaces y por ello se vuelven quebradizos cuando se lavan frecuentemente con champús alcalinos.

     Esto explica también el porqué de la vieja costumbre de enjuagarse el cabello con vinagre o jugo de limón, después de lavarlo. Sustancias que contienen ácidos débiles (como el acético y cítrico, respectivamente) que neutralizan la basicidad del champú.

     En la actualidad algunos champús utilizan compuestos como el ácido láctico que disminuye su pH acercándolo al del cabello.

     El pH de algunas sustancias del cuerpo humano son: sangre 7.4, saliva 7.0 y jugo gástrico 2.0.

El indicador universal

Tomando en cuenta las concentraciones de iones hidrógeno (H+) e hidroxilo (OH), es posible elaborar una tabla, donde aparezcan las relaciones entre ion hidrógeno, ion hidroxilo y sus respectivos valores de pH.

CONCENTRACIONES

-log [OH–]

[OH–]

[OH+]

-log [OH+]

 

14

10-14

10-0

0

ÁCIDOS

13

10-13

10-1

1

FUERTES

12

10-12

10-2

2

 

11

10-11

10-3

3

 

10

10-10

10-4

4

 

9

10-9

10-5

5

 

8

10-8

10-6

6

 

7

10-7

10-7

7

NEUTRALIDAD

6

10-6

10-8

8

 

5

10-5

10-9

9

 

4

10-4

10-10

10

 

3

10-3

10-11

11

 

2

10-2

10-12

12

 

1

10-1

10-13

13

BASES

0

10-0

10-14

14

FUERTES

     El indicador universal adquiere un color diferente de acuerdo al valor del pH. En el laboratorio escolar o en los industriales, los indicadores más comunes son: el papel indicador universal, la tintura o papel tornasol rojo o azul, la fenolftaleína y el anaranjado de metilo.

Funcionamiento de los indicadores en disoluciones ácidas o básicas

Estos indicadores se usan en cantidades muy pequeñas (2 a 3 mg en una disolución) y algunos de ellos funcionan de la siguiente manera:

     Los indicadores cambian su estructura al modificarse el pH, estos cambios hacen que viren de color de forma reversible, por ejemplo: la fenolftaleína por cambio en pH puede pasar de incolora a roja y viceversa.

Indicador

Cambio de color

Ácido + fenoltaleína

Þ incolora

Ácido + papel tornasol azul

Þ rosa

Ácido + anaranjado de metilo

Þroja

Base + fenoltaleína

Þroja

Base + papel tornasol rojo

Þ azul

Base + anaranjado de metilo

Þ amarilla

 

     Otros indicadores importantes son: rojo de metilo, rojo de fenol, violeta de metilo, azul de bromofenol, verde de bromocresol, entre otros.

     Sin embargo, existen limitaciones en el empleo de los indicadores como en las soluciones coloreadas, ya que el color de una disolución puede disfrazar cambios del indicador; sumado a esto, la limitación del ojo humano para distinguir un ligero cambio de color. Una manera de medir el pH es el uso del potenciómetro. Este aparato mide el pH por medio de electrodos.

Formación de sales

Cuando se neutralizan dos soluciones, una básica con otra ácida, quedan en disolución iones positivos originarios de la base y negativos provenientes del ácido. Cada ion estará rodeado de moléculas de agua (solvatado), lo que evitará que se una un ion negativo con uno positivo. Si se evapora el agua, llegará el momento en que los iones se unan formando cristales de una sal.

     Una sal es un compuesto formado a partir del ion negativo de un ácido y del ion positivo de una base.

     Según S. Arrhenius, una neutralización se efectúa entre un ácido y una base para formar una sal y agua.

Tipos de sales

Una sal es un compuesto cristalino formado a partir del ion negativo de un ácido y del ion positivo de una base. No necesariamente de una neutralización vamos a obtener sales neutras, también sales ácidas y básicas se pueden producir.

     Sales neutras se forman cuando todos los iones hidrógeno (H+) del ácido son sustituidos por un metal, ejemplos:

KNO3 nitrato de potasio

Na2SO4 sulfato de sodio

K2CO3 carbonato de potasio

     Sales ácidas se forman por la sustitución parcial de los iones hidrógeno (H+) de un ácido por un catión metálico, ejemplos:

NaHSO4 sulfato ácido de sodio o bisulfato de sodio

NaHCO3 carbonato ácido de sodio o bicarbonato de sodio

KHSO4 sulfato ácido de potasio o bisulfato de potasio

     Sales básicas son aquellas cuyo catión contiene todavía iones hidroxilo OH–; por ejemplo:

ZnOHCl cloruro monobásico de zinc

Bi(OH)2NO3 nitrato dibásico de bismuto

CaOHCl cloruro monobásico de calcio

Propiedades y características de las sales

  • Son sólidas a temperatura ambiente.
  • En general, su punto de fusión se encuentra en el intervalo de 500 a 1000º C; sin embargo, algunas se funden a menor o mayor temperatura.
  • A menudo se descomponen antes de llegar a fundir.
  • La mayoría de las sales son incoloras, pero existen de todos colores e inodoras.
  • Las sales solubles en agua poseen sabor característico, las otras son insípidas.
  • Presentan forma de cristalización bien definida.
  • Las disoluciones acuosas y las sales fundidas conducen la corriente eléctrica.
  • Las disoluciones de las sales contienen iones positivos y negativos.
  • En el agua potable existen pequeñísimas cantidades de sales disueltas como cloruro de sodio, potasio o magnesio; sulfato de sodio o calcio; carbonato de calcio, las cuales son esenciales para la vida.

CALOR DE NEUTRALIZACIÓN

La experiencia indica que todas las reacciones químicas son acompañadas de desprendimiento o absorción de energía en forma de calor. Se ha comprobado experimentalmente que la cantidad de energía calorífica desprendida o absorbida en las reacciones, depende de la clase de reactivos y de los productos de la reacción, de las cantidades empleadas, así como de la temperatura y presión. Una reacción química exotérmica es la que se produce con desprendimiento de calor. Mientras que a las realizadas con absorción de calor se les llama endotérmicas.

     La reacción química de neutralización es aquella en la que un ácido reacciona con una base, dando lugar a una sal y agua. La formación del agua actúa como la fuerza impulsora de la neutralización, ya que este compuesto sólo se ioniza ligeramente y en su formación genera desprendimiento de calor. Esto sucede en ácidos fuertes como el clorhídrico, sulfúrico, nítrico, etc., cuando se neutralizan con bases fuertes como los hidróxidos de sodio o potasio.