Reacciones ácido-base

Habilidades para Desarrollar

• Describir la neutralización usando ecuaciones químicas

Los ácidos te son familiares de la vida cotidiana, porque los ácidos son cosas ácidas, como el vinagre y los limones. Las bases pueden ser menos familiares para ti. Las bases comunes en la vida regular son el bicarbonato de sodio y los antiácidos que las personas toman si están teniendo problemas estomacales. Además, muchos jabones son básicos, aunque esto es solo por cómo se hacen, no es necesario para hacerlos jabonosos. Las bases hacen que las cosas se sientan resbaladizas, y tienen un sabor amargo. Se pueden utilizar para limpiar cosas grasientas. Los ácidos y bases comunes reaccionarán entre sí y cuando reaccionan completamente, los productos suelen ser una solución salina que no es agria ni amarga. A esto se le llama neutralización. Las reacciones de neutralización ácido-base son las que hacen que la mayoría de los pasteles sean esponjosos, ya que a veces estas reacciones generan un gas que hace agujeros en

Algunos ejemplos de ácidos y bases comunes ordenados por su fuerza en una escala de pH.

Es importante saber que existen muchas definiciones diferentes de ácido y base. Esta página describe la definición más simple y específica. Los químicos practicantes utilizan definiciones más amplias que extienden el concepto general a una variedad de situaciones que son importantes en la química más avanzada.

¿Cómo funciona la Neutralización?

En esta descripción se describen las reacciones ácido-base en agua. (Funciona un poco diferente en otros solventes, pero no necesitas pensar demasiado en eso hasta que estudies química más avanzada). Un ácido es un electrolito (fuerte o débil) que produce iones H ⁺ cuando se disuelve en agua. Los iones de hidrógeno también se llaman protones, porque un núcleo de hidrógeno es solo un protón (a menos que sea un isótopo más pesado, pero esto es raro). A los ácidos a veces se les llama “donantes de protones”, lo que significa que regalan protones, pero esta no es una palabra muy buena, porque los protones son alejados por el solvente, no los deja caer el soluto. Ejemplos de ácidos fuertes incluyen HCl y H ₂ SO ₄, que se denominan ácido clorhídrico y ácido sulfúrico. Pero el ácido sulfúrico tiene 2 protones unidos al ion sulfato, y solo uno sale completamente (al igual que los electrolitos débiles discutidos aquí), por lo que una solución de ácido sulfúrico tendrá iones hidrógeno, iones bisulfato e iones sulfato en solución. Al igual que en el caso de las reacciones de precipitación, si se agrega una base, ambos protones podrían desprenderse por completo y reaccionar con la base. Los ácidos se llaman monopróticos, dipróticos, etc. dependiendo de cuántos protones ácidos tengan. HCl, ácido acético (vinagre, CH ₃ COOH) y ácido nítrico (HNO ₃) son ácidos monopróticos. (El ácido acético tiene otros protones, pero sólo el último es ácido). El ácido sulfúrico y muchos otros son ácidos dipróticos.

Ejemplos de diferentes tipos de ácidos (monopróticos, dipróticos, tripróticos)

Una base es un electrolito (fuerte o débil) que produce iones hidróxido cuando se disuelve en solución acuosa. Esto podría ser porque es una sal de hidróxido, como el NaOH, o porque toma iones de hidrógeno del agua, dejando atrás el hidróxido. Un buen ejemplo de ello es el amoníaco, NH ₃, que a veces se utiliza en productos de limpieza de casas. El amoníaco reacciona con el agua para hacer hidróxido de amonio (pero solo un poco, ~ 1% del amoníaco reacciona):

\[NH_{3}(aq) + H_{2}O(l) \rightarrow NH_{4}^{+}(aq) + OH^{–}(aq)\]

En general, las bases reaccionan con iones hidrógeno. Así ocurre la neutralización. El ácido produce iones hidrógeno, y la base produce iones hidróxido. Estos reaccionan juntos para hacer agua. Quedan el anión que vino del ácido y el catión, así que si evaporas el agua, obtendrías una sal. La reacción general se ve así:

\[X^{–}(aq) + H^{+}(aq) + M^{+}(aq) + OH^{–}(aq) \rightarrow H_{2}O(l) + X^{–}(aq) + M^{+}(aq)\]

En general, la reacción es:

\[H^{+}(aq) + OH^{–}(aq) \rightarrow H_{2}O(l)\]

Así, se consumen los iones hidrógeno, que hace ácidos ácidos, y también se consume el hidróxido que hace que las bases sean básicas, y si los moles de ácido y base son iguales, solo queda agua neutra y una sal. (En realidad, es un poco más complicado que esto si el ácido o la base es débil. La solución sólo se volverá realmente neutra cuando los moles sean iguales si ambos son fuertes).

Necesidad de conocer ácidos y bases

Nombre	Fórmula	Comentar
Amoníaco	NH 3	base débil
Hidróxidos de metales alcalinos	LiOH, NaOH, KOH, RBoH, CsOH	bases fuertes solubles
Hidróxidos de metales alcalinotérreos	Ca (OH) 2, Sr (OH) 2, Ba (OH) 2	bases fuertes solubles
Ácido acético	HC 2 H 3 O 2	vinagre, ácido débil
Ácido perclórico	HClO 4	ácido fuerte
Ácido clórico	HClO 3	ácido fuerte
Ácido nítrico	HNO 3	ácido fuerte
Ácido Carbónico	H 2 CO 3	un ácido débil, en las sodas
Bicarbonato	HCO 3 ^—	una base débil (bicarbonato de sodio)
Ácido sulfúrico	H 2 SO 4	ácido fuerte diprótico
Bisulfato	HSO 4 ^—	ácido débil
Ácidos hidrohalogenados	HCl, HBr, HI	ácidos fuertes
Ácido fluorhídrico	HF	ácido débil, pero muy peligroso

Ejemplo

P: ¿Cómo las reacciones ácido-base hacen que el pastel sea esponjoso?

R: Por lo general, las tortas incluyen un ingrediente ácido (esto varía) y bicarbonato de sodio, una base. Cuando reaccionan, el protón del ácido se transfiere al bicarbonato, haciendo que el ácido débil sea ácido carbónico. El ácido carbónico es el producto de una reacción de anhídrido de ácido entre el dióxido de carbono y el agua. Esta reacción se puede revertir, o el ácido carbónico puede descomponerse en agua y dióxido de carbono. Especialmente a las altas temperaturas dentro de una torta para hornear, esta descomposición ocurrirá, y producirá gas dióxido de carbono. La presión del gas caliente formará burbujas dentro del pastel, haciéndolo esponjoso.

En el apartado anterior (Precipitación), en lugar de que el hidróxido reaccione con iones hidrógeno para formar agua, la reacción ácido-base hizo ácido carbónico a partir de protones y bicarbonato. En general, una base es algo que se unirá fuertemente a un protón. Los iones bicarbonato y carbonato son bases, al igual que los iones sulfuro. Ambas reacciones pueden producir un gas, ya sea dióxido de carbono o sulfuro de hidrógeno. En el laboratorio, el bicarbonato de sodio se suele utilizar para neutralizar los derrames de ácido. Cuando reacciona con el ácido produce burbujas, por lo que es fácil ver cuándo termina la reacción.

La mayoría de los químicos coinciden en que las reacciones ácido-base son reacciones de combinación sin redox. Esta es una definición mucho más general de lo que se describe aquí, pero después de leer sobre redox, repasa estos ejemplos y convénzate de que todos encajan con esa definición. ¿Qué otros ejemplos se te ocurren que también se ajusten a esta definición?

Resumen

Los ácidos son electrolitos fuerte/débiles que producen iones H ⁺ cuando se disuelven en agua. Una propiedad notable de los ácidos es que tienen un sabor agrio. Las bases son electrolitos fuerte/débiles que producen iones hidróxido (OH ^-) cuando se disuelven en agua. También se sabe que tienen un sabor amargo así como una textura resbaladiza o jabonosa. La neutralización es un tipo de reacción en la que los ácidos reaccionan con bases para formar una solución salina (agua y una sal), generalmente.

Enlaces externos

• CrashCourse Química: Reacciones ácido-Base en Solución (11 min)
• Khan Academy: Introducción a la base ácida

(18 min, omita los últimos 3 min, opcional: omita los primeros 4 min)

Colaboradores y Atribuciones

• Emily V Eames (City College of San Francisco)