6.1: Los modelos ácido-base como conceptos de organización

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En un sentido muy real, podemos hacer un ácido cualquier cosa que deseemos. Las diferencias entre los diversos conceptos ácido-base no se refieren a cuál es “correcto”, sino cuál es el más conveniente de usar en una situación particular.

James E. Huheey, Ellen A. Keiter y Richard L. Keiter

El concepto de ácidos y bases suele asociarse con el movimiento de iones de hidrógeno de una molécula o ion a otro. Sin embargo, se han desarrollado una serie de conceptos ácido-base para ayudar a los químicos a organizar y dar sentido a una amplia gama de reacciones (Cuadro 6.1).

Cuadro 6.1. Resumen de los principales modelos ácido-base.
Definición	Paradigma teórico y características notables.	Ácido	Base	Reacciones ilustrativas de muestra
Arrhenius (1894)	Interesado en lo que la sustancia hace al estado de una solución acuosa. En particular, evalúa la donación de protones a & remoción del agua usando [H ₃ O ⁺] como proxy. Se adapta fácilmente al concepto de pH como una medida del estado de una solución.	Incrementa [H ₃ O ⁺]	Disminuye [H ₃ O ⁺]	\(\underset{acid}{HCl}~+~H_2O~\rightarrow~H_3O^+~+~Cl^-\) \(\underset{base}{NH_3}~+~H_2O~\rightarrow~NH_4^+~+~OH^-\)
Brønsted-Lowry (1923)	Visualiza la reactividad ácido-base en términos de la transferencia de un H ⁺ de una sustancia a otra. Permite la conjugación de ácidos y bases y la autoionización de solventes.	Dona H ⁺	Acepta H ⁺	\(\underset{acid}{HCl}~+~\underset{base}{NH_3}~\rightarrow~\underset{conj.~acid}{NH_4^+}~+~\underset{conj.~base}{Cl^-}\) \(\underset{acid}{HOAc}~+~\underset{base}{NH_3}~\rightarrow~\underset{conj.~acid}{NH_4^+}~+~\underset{conj.~base}{OAc^-}\) \(\underset{amphoteric}{2~H_2O}~\rightarrow~\underset{conj.~acid}{H_3O^+}~+~\underset{conj.~base}{OH^-}\)
Lux-Inundación (1939-~47)	Describe reacciones que involucran óxidos y oxianiones en términos de la transferencia de iones óxido (O ^2-). Se utiliza principalmente en geoquímica, aunque también se puede utilizar para describir algunas reacciones redox.	Aceptador de óxido	Donante de óxido	\(\underset{acid}{SiO_2}~+~\underset{base}{CaO}~\rightarrow~CaSiO_3\) \(\underset{base}{H_2O}~+~\underset{acid}{CO}~\rightarrow~H_2~+~CO_2\)
Sistema Solvente	Aplica aspectos de los conceptos de base ácida Arrhenius, Brønsted-Lowry y Luk-Flood a la formación de cationes y aniones solventes en una reacción generalizada. Se puede utilizar para describir la química de la solución en sistemas solventes no acuosos como BrF ₃.	Es un catión disolvente o aumenta la concentración de catión disolvente, a menudo al recibir un grupo portador de pares solitarios	Es un anión solvente o aumenta la concentración de anión solvente, a menudo donando un grupo portador de pares solitarios	\(\underset{acid}{SbF_5}~+~\underset{base}{BrF_3}~\rightarrow~\underset{conj.~base}{SbF_6^-}~+~\underset{conj.~acid}{BrF_2^+}\) \(\underset{amphoteric}{2~BrF_3}~\rightarrow~\underset{conj.~acid}{BrF_2^+}~+~\underset{conj.~base}{BrF_4^-}\)
Lewis (1923)	Visualiza la reactividad ácido-base en términos de donación de pares de electrones. Abarca las definiciones de Arrhenius, Brønsted-Lowry, Luk-Flood y Solvente System y se integra fácilmente con descripciones orbitales moleculares de reactividad química en la teoría orbital Frontier.	Acepta un par de electrones	Dona un par de electrones	\(\underset{base}{:NH_3}~+~\underset{acid}{BF_3}~\rightarrow~H_3N~+~BF_3\)
Nucleófilo-electrófilo	Aplica el concepto Lewis a la reactividad orgánica. Los nucleófilos son bases de Lewis que tienden a reaccionar para formar un enlace con sitios ácidos de Lewis llamados centros electrófilos.	(El electrófilo) Tiende a reaccionar al recibir un par de electrones de un nucleófilo, formando un enlace en el proceso	(El nucleófilo) Dona un par de electrones para formar un enlace a un electrófilo	\(\underset{base}{Br^-}~+~\underset{acid}{CH_3-Cl}~\rightarrow~Br-CH_3~+~Cl^-\)
Usanovich (1939)	Extiende la teoría de Lewis para incluir la donación y aceptación de cualquier número de electrones, ya sea a través de la formación de un aducto o transferencia de electrones.	Acepta electrones	Dona electrones	\(\underset{base}{:NH_3}~+~\underset{acid}{BH_3}~\rightarrow~\underset{adduct}{H_3N-BH_3}\) \(\underset{acid}{Fe^{2+}}~+~\underset{base}{Zn^0}~\rightarrow~Fe^0~+~Zn^{2+}\)
Orbital Fronteriza (1960)	Visualiza reacciones ácido-base/electrófilo-nucleófilo de Lewis en términos de donación y aceptación de electrones entre los orbitales fronterizos del reactivo. Específicamente, la reacción se concibe en términos de donación de los electrones HOMO de la base al nivel LUMO del ácido.	Posee un LUMO capaz de formar un MO de unión ocupado al mezclarse con el HOMO de una base.	Posee un HOMO portador de electrones capaz de formar un MO de enlace lleno al mezclarse con un LUMO de ácido.	aducto de ácido base

Algunos conceptos implican definir ácidos y bases de manera particular que permitan la comprensión de tipos particulares de sistemas químicos. Por ejemplo, los conocidos conceptos de ácido y base de Arrhenius y Brønsted utilizados en la química general ayudan a los químicos a dar sentido al comportamiento de los compuestos que pueden transferir iones H ⁺ entre ellos, a menudo en solución acuosa. Sin embargo, el concepto ácido-base del sistema solvente define ácidos y bases en términos de la transferencia de un grupo portador de par solitario y es particularmente útil para conceptualizar la reactividad de haluros, óxidos y compuestos relacionados del grupo principal. Algunas definiciones ácido-base buscan abarcar una gama extremadamente amplia de reacciones químicas. Por ejemplo, la definición ácido-base de Lewis abarca las definiciones de Arrhenius, Brønsted y sistemas solventes y también ha encontrado un amplio uso en la química inorgánica debido a la facilidad con la que las interacciones ácido-base de Lewis pueden ser descritas por el enfoque Orbital Frontier en términos de interacción molecular orbitales sobre el ácido y la base.

Referencias

Huheey, J. E.; Keiter, E. A.; Keiter, R. L., Química Inorgánica: principios de estructura y reactividad. 4ª ed. ; HarperCollins: Nueva York, NY, 1993, pág. 318.