Química / Definición ácido-base

Propiedades de los ácidos y bases

Los ácidos son sustancias que:

• Colorean de forma característica a ciertas sustancias llamadas "indicadores". Por ejemplo, enrojecen al tornasol y decoloran la fenolftaleína enrojecida.(El tornasol cambia de color rosa a azul)
• Producen efervescencia al contacto con el mármol.
• Reaccionan con algunos metales desprendiendo hidrógeno.
• En disolución diluída tienen sabor picante característico, pero si están concentrados destruyen los tejidos biológicos vivos.
• Transmiten la corriente eléctrica, descomponiéndose a su paso.

Las bases son sustancias que...

• Cambian de color a los indicadores tratados previamente con ácidos.
• En disolución, presentan sabor amargo (a lejía); también destruyen los tejidos vivos y conducen la corriente eléctrica.
• Anulan ("neutralizan") el efecto de los ácidos.
• Generan precipitados (sustancias en fase sólida en el seno de un líquido) al ser puestas en contacto con ciertas sales metálicas (por ejemplo, de calcio y de magnesio).

Tanto ácidos como bases se encuentran en gran cantidad en productos usados en la vida cotidiana, para la industria y la higiene, así como en frutas y otros alimentos, mientras que el exceso o defecto de sus cantidades relativas en nuestro organismo se muestra en problemas de salud. (Química 3)

Teoría de Arrhenius

Según las deducciones del sueco w:Arrhenius (1887), al desarrollar su propia teoría sobre la constitución iónica de las disoluciones electrolíticas,

• Los ácidos son sustancias que (al disolverse en agua) producen iones $H^{+}$.
• Las bases son compuestos que (al disolverse en agua) originan iones $(OH)^{-}$.

Ejemplos:

HCl $\longrightarrow$ $Cl^{-}$ + $H^{+}$ ............El HCl es un ácido

NaOH $\longrightarrow$ $Na^{+}$ + $(OH)^{-}$ .............El NaOH es una base ó álcali

Podemos observar que, aunque es muy útil, esta teoría es bastante restringida: Sölo se contemplan disoluciones acuosas. ¿Y si el disolvente no es el agua?.

Es más, existen sustancias que, aunque no estén en disolución, presentan propiedades ácidas o básicas.

Por otra parte, hay álcalis que no contienen iones $(OH)^{-}$ en su molécula ni en su disociación, como el carbonato sódico ($Na_{2}CO_{3}$) ó el óxido de calcio ($CaO$).

Teoría de Brönsted & Lowry

En 1923, los químicos Brönsted y Lowry (danés e inglés), por separado, sugirieron un nuevo concepto para ambas especies químicas:

• Un ácido es un compuesto que cede iones $H^{+}$ a otra molécula distinta.
• Una base es la sustancia que recibe iones $H^{+}$ procedentes de un ácido.

Las definiciones son muy importantes, porque implican el hecho de que los dos tipos de sustancias deben coexistir en un sistema químico. Esto se puede representar simbólicamente como

HA + B $\Leftrightarrow \;$ $A^{-}$ + $(HB)^{+}$

Es decir, que se trata de un equilibrio químico.

Cada pareja HA/$(A)^{-}$ y $(HB)^{+}$/b se denomina par conjugado ácido-base.

La base $(A)^{-}$ (ó la B) sería la base conjugada del ácido HA ( o del ácido $(HB)^{+}$. Lo mismo se puede decir de los ácidos correspondientes.

Esta teoría es mucho más general que la de Arrhenius, ya que se puede aplicar tanto a disoluciones acuosas con disociaciones eléctricamente neutras...

HCl + $H_{2}$O $\Leftrightarrow \;$ $Cl^{-}$ + $(H_{3}O)^{+}$

KOH + $H_{2}$O $\Leftrightarrow \;$ $K^{+}$ + $(OH)^{-}$

Como a disoluciones no neutras...

$(NH_{4})^{+}$ + $H_{2}$O $\Leftrightarrow \;$ $NH_{3}$ + $(H_{3}O)^{+}$ donde el ión $(NH_{4})^{+}$ es un ácido

$(HSO_{4})^{-}$ + $H_{2}O$ $\Leftrightarrow \;$ $(SO_{4})^{=}$ + $(H_{3}O)^{+}$ donde el ión $(HSO_{4})^{-}$ es un ácido

Según lo dicho, hay ácidos Brönsted neutros ($HNO_{3}$), catiónicos ($(NH_{4})^{+}$) y aniónicos ($(HS)^{-}$),

del mismo modo que existen bases Brönsted neutras ($CH_{3}-CH_{2}-NH_{2}$), catiónicas ($[Fe(H_{2}O)_{5}(OH)^{-}]^{++}$) y aniónicas ($Cl^{-}$).

Como consecuencia, todos los ácidos "Arrhenius" son ácidos "Brönsted", pero NO todos los ácidos "Brönsted" son ácidos "Arrhenius". Igualmente, todas las bases "Arrhenius" son bases "Brönsted", pero hay muchas bases "Brönsted" que NO son bases "Arrhenius". Por ejemplo, el $NH_{3}$ es "base Brönsted" pero no es "base Arrhenius".

Teoría de Lewis

La teoría Brönsted tiene el inconveniente de que hay bastantes sustancias que presentan propiedades ácidas sin disponer de átomos de H ionizables en su molécula. G.N. Lewis, en 1938, como extensión a su teoría sobre el enlace covalente interatómico, propuso que...

Acido es una sustancia que puede aceptar un par de electrones, para formar después un enlace covalente coordinado (dativo).

Base es la sustancia que cede dicho par de electrones.

Así, en la reacción $BF_{3}$ + $F^{-}$ $\longrightarrow$ $(BF_{4})^{-}$ el ión $(F)^{-}$ presenta 8 electrones en su último nivel electrónico. Dos de ellos pueden formar un enlace covalente coordinado con el átomo de boro del otro compuesto. Por tanto, el $BF_{3}$ se comporta como ácido, y el $F^{-}$ como base.

En realidad, la reacción anterior es una neutralización ácido-base: Se trata de una "competición" por un par de electrones entre dos especies químicas.

Los ácidos de Brönsted liberan $H^{+}$, iones que pueden aceptar un electrón y luego otro.

El $NH_{3}$ dispone de dos electrones "no compartidos" sobre el átomo de N, que podrían ser cedidos: se comporta como una base.

Sin embargo, para el estudio de ácidos y bases en disoluciones con disolvente hidrogenado (agua, alcohol, amoníaco), basta con la teoría de Brönsted y Lowry.

Otras teorías

Existen otras teorías, como la de Cady o la de Usanovich, pero son mucho más generales.