Ácidos y Bases

 

Los ácidos y bases se pueden definir de acuerdo a tres importantes teorías, así:

 

 

Sustancia

 

Teoría de Arrhenius

Teoría de Brönsted y Lowry

Teoría de Lewis

Ácido

Sustancia que libera iones de hidrógeno (H+) o hidronio (H3O+) en solución acuosa.

Sustancia que puede ceder o donar un proton (H+)

 

Sustancia que puede aceptar un par solitario de electrones.

 

Base

 

Sustancia que libera iones hidroxilo (OH-) en solución acuosa

 

Sustancia que puede aceptar un proton (H+) de un ácido.

 

Sustancia que puede donar o ceder un par solitario de electrones.

 

 

Ejemplo:

Utilizando la teoría de Arrhenius, explique la naturaleza de los compuestos HNO3 y NaOH.

Solución:

De acuerdo a Arrhenius, las sustancias que liberan hidronio en solución son ácidos y las que liberan hidroxilo son bases.  En el agua el comportamiento de las sustancias es el siguiente:

HNO3  +  H2O à  H3O+  +  NO3 -

NaOH à  Na+  + OH-   

Por lo tanto HNO3 es de naturaleza ácida y NaOH es de naturaleza básica.

Características

Los ácidos se caracterizan por ser de sabor agrio, como el jugo de limón y el vinagre, los cuales son sustancias comunes de naturaleza ácida. Estos compuestos producen irritación a la piel, causando sensaciones punzantes.  En el ámbito biológico, los ácidos son centrales para el metabolismo de las proteínas, siendo el ácido clorhídrico el compuesto presente en el estómago.  En el laboratorio, los ácidos hacen cambiar el papel tornasol de azul a rojo, tienen un pH de 1 a 6, disuelven o reaccionan con los metales y neutralizan las bases.

Por otro lado, las bases tienen sabor amargo y son deslizantes al tacto.  En el caso de las bases fuertes, éstas son cáusticas a la piel y las proteínas, tal es el caso de los destapadores de desagues como la comúnmente conocida soda cáustica.  En el laboratorio, las bases hacen cambiar el papel tornasol de rojo a azul, tienen un pH de 8-14 e intervienen en reacciones de neutralización de los ácidos. 

 

 

 

Sustancia

 

Características Generales

Papel Tornasol

Rango típico de

pH

Ácido

Sabor agrio

Irritante a la piel

Disuelven metales

Neutralizan bases

Cambio de azul a rojo

De 1-6

 

Base

Sabor amargo

Deslizantes al tacto

Cáusticas a la piel

Neutralizan ácidos

Cambia de rojo a azul

De 8-14

 

 

 

Ejemplo­ 1:

En el laboratorio, una solución hace cambiar el papel tornasol a rojo.  Identifique la solución como un ácido y una base.

Solución:

Una de las características de los ácidos es cambiar el papel tornasol a rojo.  Por lo tanto, la solución es ácida.

Ejemplo 2:

Al obtener el pH de una solución de KOH, ¿dentro de cuál rango se espera encontrar el valor?

Solución:

El KOH es una base, ya que libera iones hidroxilo, por lo tanto, el rango típico de pH es de 8-14.

Nomenclatura

Los ácidos pueden ser hidrácidos u oxácidos.  Los hidrácidos son compuestos binarios formados por la unión de hidrógeno con un no metal.  Estos se nombran empleando la palabra ácido seguida por el nombre en latín del no metal con la terminación hídrico. 

Ejemplo: 

Nombre los siguientes hidrácidos:  HCl, HF y H2S

Solución:

Los ácidos representados son el ácido clorhídrico (por el cloro), ácido fluorhídrico (por el fluor) y ácido sulfhídrico (por la raíz latina del nombre del azufre – “sulf”).  

Los hidrácidos se nombran así:

Ácido + nombre latín del no metal + terminación -hídrico 

Los oxácidos (oxiácidos) son compuestos que contienen oxígeno.  Estos entonces, son compuestos ternarios puesto que contienen tres elementos, el hidrógeno, el oxígeno y otro elemento no metálico.  Se nombran utilizando la palabra ácido seguido por la raíz del nombre en latín del no metal y de acuerdo al óxido del cual provienen, terminan en –ico  u –oso.  Cuando el no metal exhibe un solo número de oxidación (carga aparente) o cuando ésta es la mayor de las oxidaciones del no metal, se utiliza la terminación –ico. Cuando el elemento no metálico exhibe más de una oxidación (carga aparente), se utiliza la terminación –oso para el estado de menor oxidación.  Por ejemplo, el azufre presenta dos estados de oxidación, formando los ácidos H2SO4 y H2SO3, los cuales respectivamente reciben los nombres de ácido sulfúrico por estar el azufre en su mayor estado de oxidación y ácido sulfuroso, por estar el azufre en su menor estado de oxidación.  Para facilitar la diferenciación de estados de oxidación y la terminación del ácido, puede utilizarse la tabla de iones comunes, donde los iones que terminan en –ato cambian su terminación por –ico en los ácidos y los iones cuya terminación es –ito, la cambian por –oso.   Esto se puede evidenciar en el ejemplo anterior, ya que el primer ácido contiene el sulfato y el segundo el ión sulfito; por eso los nombres ácido sulfúrico y ácido sulfuroso.

Ejemplo:

Nombre los oxácidos  HClO2, HClO3, HNO3 y H2CO3.

Solución:

Los ácidos representados son el ácido cloroso (de clorito, menor estado de oxidación de dos), ácido clórico (de clorato, mayor estado de oxidación de dos),  ácido nítrico (de nitrato, mayor estado de oxidación de dos) y ácido carbónico (de carbonato, mayor oxidación de dos).

 

Los oxácidos se nombran así:
Ácido + nombre latín del no metal + terminación –ico (mayor oxidación, ión –ato)
                                                     + terminación –oso (menos oxidación, ión -ito)

 

 

Las bases típicas son compuestos iónicos de metales y el ión hidroxilo (OH-).  Se nombran con la palabra hidroxilo de seguido por el nombre del metal, tal como los otros compuestos iónicos anteriormente estudiados.  Igualmente, en los casos en los cuales el metal tiene más de una valencia, ésta se indica en paréntesis con números Romanos o utilizando las terminaciones látinas –ico y –oso para indicar los estados de mayor y menor valencia del metal. 

Ejemplo:

De el nombre de las siguientes bases:  NaOH, KOH, CuOH, Fe(OH)3 y Mg(OH)2. 

Solución:

Las bases representadas son el hidróxido de sodio, el hidróxido de potasio, el hidróxido de cobre (I) ó hidróxido cuproso, el hidróxido de hierro (III) o hidróxido férrico y el hidróxido de magnesio.   

 

Las bases típicas se nombran así:

Hidróxido  de + nombre del metal  

pH

El pH es una escala que se utiliza para determinar la concentración de iones hidrógeno o hidronio en una solución.  El pH de una solución es el logaritmo decimal de la concentración molar de iones hidronio (hidrógeno) con el signo cambiado.  Para encontrar el valor del pH matemáticamente, la fórmula es la siguiente y se interpreta así:

pH = - log [H+] ó [H3O+]

pH < 7 indica solución ácida

pH > 7 indica una solución básica

pH = 7 indica que una solución es neutra.

En cualquier solución:  pH + pOH = 14  

 

Ejemplo 1:

Calcule el pH de una solución cuya concentración de iones hidrónio es de 0.075M.  Identifique la naturaleza de la solución como ácido o base.

Solución:

Utilizando la fórmula pH= -log [0.075] se obtiene que el pH de la solución es de 1.1, por lo cual la solución es de naturaleza ácida (pH menor de 7).

Preguntas

1.      Escriba el nombre de los siguientes compuestos:

a.       HNO2
b.      Ca(OH)2
c.       H2CO3
d.      Ba(OH)2 
e.       HI
f.        H2SO4
g.       Pb(OH)4
h.       Sn(OH)2
i.         H2S  

a. ácido nitroso, b. hidróxido de calcio c. ácido carbónico, d. hidróxido de bario e. ácido yodhídrico, f. ácido sulfúrico g. hidróxido de plomo (IV) o hidróxido plómico h. hidróxido de estaño o hidróxido estañoso i. ácido sulfhídrico.

2.      Escriba las fórmulas para el ácido bromhídrico, hidróxido de aluminio, hidróxido de hierro (II), ácido bórico, ácido sulfuroso, e hidróxido cúprico.   

HBr, Al(OH)3, Fe(OH)2, H3BO2, H2SO3, Cu(OH)2.

3.      Basado en el pH de las siguientes soluciones, determine su naturaleza ácida o básica.

a.       pH= 7
b.      pH= 3
c.       pH=5
d.      pH=8
e.       pH= 13  

a. neutra b. ácida c. ácida d. básica e. básica.

 

4.      Encuentre el pH y la naturaleza de una solución cuya concentración de hidrónio es de 3.0 x 10-4M.  

pH = 3.5, ácido.

5.      ¿Cuál(es) de los enunciados es(son) verdadero(s) acerca de las teorías de ácidos y bases?

a.       LiOH es una base de Arrhenius.

b.      HCl es una base de Bronsted Lowry.

c.       NH3 es una base de acuerdo a la teoría de Bronsted Lowry.

d.      HClO es un ácido de acuerdo a la teoría de Lewis.

e.       Ninguno de los anteriores (todos los enunciados son falsos)

a, c y d son verdaderos.