5.4: Ácidos, Bases y Reacciones de Neutralización

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Objetivos de aprendizaje

Identificar una reacción de neutralización ácido-base y predecir sus productos.

Anteriormente, aprendiste que un ácido es cualquier compuesto que produce iones hidrógeno (H ⁺) en una solución acuosa, y el químico opuesto de un ácido es una base, que es un compuesto que produce iones hidróxido (OH ⁻) en una solución acuosa. Estas definiciones originales fueron propuestas por Arrhenius (la misma persona que propuso la disociación iónica) en 1884, por lo que se les conoce como la definición de Arrhenius de un ácido y una base, respectivamente.

Es posible que reconozcas que, con base en la descripción de un átomo de hidrógeno, un ion H ⁺ es un átomo de hidrógeno que ha perdido su electrón solitario; es decir, H ⁺ es simplemente un protón. ¿Realmente tenemos protones desnudos moviéndose en solución acuosa? No. Lo que es más probable es que el ion H ⁺ se haya adherido a una (o más) molécula (s) de agua. Para representar esto químicamente, definimos el ion hidronio como H ₃ O ⁺, que representa un protón adicional unido a una molécula de agua. Utilizamos el ion hidronio como la forma más lógica en que aparece un ión hidrógeno en una solución acuosa, aunque en muchas reacciones químicas H ⁺ y H ₃ O ⁺ se tratan de manera equivalente.

La reacción de un ácido y una base se denomina reacción de neutralización. Aunque los ácidos y las bases tienen sus propias químicas únicas, el ácido y la base “cancelan” la química del otro para producir una sustancia bastante inocua, el agua. De hecho, la reacción general entre un ácido y una base es:

\[\ce{acid + base → water + salt}\nonumber \]

donde el término sal se usa generalmente para definir cualquier compuesto iónico (soluble o insoluble) que se forma a partir de una reacción entre un ácido y una base. (En química, la palabra sal se refiere a algo más que sal de mesa). Por ejemplo, la ecuación química equilibrada para la reacción entre HCl (ac) y KOH (ac) es

\[\ce{HCl(aq) + KOH(aq) → H2O(ℓ) + KCl(aq)}\nonumber \]

donde la sal es KCl. Al contar el número de átomos de cada elemento, encontramos que solo se forma una molécula de agua como producto. Sin embargo, en la reacción entre HCl (ac) y Mg (OH) ₂ (aq), se requieren moléculas adicionales de HCl y H ₂ O para equilibrar la ecuación química:

\[\ce{2HCl(aq) + Mg(OH)2(aq) → 2H2O(ℓ) + MgCl2(aq)}\nonumber \]

Aquí, la sal es MgCl ₂. (Esta es una de varias reacciones que ocurren cuando se usa un tipo de antiácido, una base, para tratar el ácido estomacal).

Ejemplo\(\PageIndex{1}\):

Escribe las reacciones de neutralización entre cada ácido y base.

HNO ₃ (aq) y Ba (OH) ₂ (aq)
H ₃ PO ₄ (aq) y Ca (OH) _{2 (aq)}

Solución

Primero, escribiremos la ecuación química con las fórmulas de los reactivos y los productos esperados; luego equilibraremos la ecuación.

Los productos esperados son agua y nitrato de bario, por lo que la reacción química inicial es\[\ce{HNO3(aq) + Ba(OH)2(aq) → H2O(ℓ) + Ba(NO3)2(aq)}\nonumber \]
Para equilibrar la ecuación, necesitamos darnos cuenta de que habrá dos moléculas H ₂ O, por lo que se requieren dos moléculas HNO ₃:\[\ce{2HNO3(aq) + Ba(OH)2(aq) → 2H2O(ℓ) + Ba(NO3)2(aq)}\nonumber \]

Esta ecuación química ahora está equilibrada.
Los productos esperados son agua y fosfato de calcio, por lo que la ecuación química inicial es\[\ce{H3PO4(aq) + Ca(OH)2(aq) → H2O(ℓ) + Ca3(PO4)2(s)}\nonumber \]
De acuerdo con las reglas de solubilidad, Ca ₃ (PO ₄) ₂ es insoluble, por lo que tiene una etiqueta de fase (s). Para equilibrar esta ecuación, necesitamos dos iones fosfato y tres iones calcio. Terminamos con seis moléculas de agua para equilibrar la ecuación:\[\ce{2H3PO4(aq) + 3Ca(OH)2(aq) → 6H2O(ℓ) + Ca3(PO4)2(s)}\nonumber \]

Esta ecuación química ahora está equilibrada.

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

Escribir la reacción de neutralización entre H ₂ SO ₄ (aq) y Sr (OH) ₂ (aq).

Contestar

\[\ce{H2SO4(aq) + Sr(OH)2(aq) → 2H2O(ℓ) + SrSO4(aq)}\nonumber \]

Las reacciones de neutralización son un tipo de reacción química que se produce incluso si un reactivo no está en la fase acuosa. Por ejemplo, la reacción química entre HCl (ac) y Fe (OH) ₃ (s) continúa de acuerdo con la ecuación:

\[\ce{3HCl(aq) + Fe(OH)3(s) → 3H2O(ℓ) + FeCl3(aq)}\nonumber \]

aunque Fe (OH) ₃ no es soluble. Cuando uno se da cuenta de que Fe (OH) ₃ (s) es un componente del óxido, esto explica por qué algunas soluciones de limpieza para manchas de óxido contienen ácidos; la reacción de neutralización produce productos que son solubles y se eliminan por lavado. (Lavar con ácidos como HCl es una forma de eliminar el óxido y las manchas de óxido, ¡pero el HCl debe usarse con precaución!)

Claves para llevar

La definición de Arrhenius de un ácido es una sustancia que aumenta la cantidad de H ⁺ en una solución acuosa.
La definición de Arrhenius de una base es una sustancia que aumenta la cantidad de OH ⁻ en una solución acuosa.
La neutralización es la reacción de un ácido y una base, que forma agua y una sal.