2.4: Ácidos y Bases

Objetivos de aprendizaje

• Definir y diferenciar los términos ácido y base
• Definir los términos pH, neutro, ácido y básico (o alcalino)
• Definir el término tampón y comparar la respuesta de una solución regular con una solución tampón a la adición de ácido o base

Un ácido es una sustancia o compuesto que libera iones de hidrógeno (H ⁺) cuando está en solución. En un ácido fuerte, como el ácido clorhídrico (HCl), todos los iones hidrógeno (H ⁺) y los iones cloruro (Cl ^-) se disocian (se separan) cuando se colocan en agua y estos iones ya no se mantienen unidos por enlaces iónicos. En un ácido débil, como el ácido carbónico (H ₂ CO ₃), solo algunos de los iones se disocian en iones de hidrógeno (H ⁺) e iones bicarbonato (HCO ₃ ^-), mientras que otros aún se mantienen unidos por enlaces iónicos.

Una base es una sustancia que libera iones hidroxilo (OH ^-) cuando está en solución. Los iones hidroxilo (OH ^-) liberados se combinarán con cualquier ion hidrógeno (H ⁺) en la solución para formar moléculas de agua (OH ^- + H ⁺ = H ₂ O), por lo que también podemos definir una base como una sustancia que toma o acepta iones de hidrógeno (H ⁺) ya presentes en la solución.

El hidróxido de sodio (NaOH) es una base fuerte porque cuando se coloca en agua, se disocia completamente en iones de sodio (Na ⁺) e iones hidroxilo (OH ^-), todos los cuales ahora se liberan y disuelven en agua.

Los ácidos, bases y sales, se disocian (separan) en electrolitos (iones) cuando se colocan en agua. Los ácidos se disocian en H ⁺ y un anión, las bases se disocian en OH ^- y un catión, y las sales se disocian en un catión (que no es H ⁺) y un anión (que no es OH ^-).

Figura\(\PageIndex{1}\) (a) En solución acuosa (acuosa), un ácido se disocia en iones de hidrógeno (H ⁺) y aniones. Cada molécula de un ácido fuerte se disocia, produciendo una alta concentración de H ⁺. (b) En solución acuosa, una base se disocia en iones hidroxilo (OH ^—) y cationes. Cada molécula de una base fuerte se disocia, produciendo una alta concentración de OH ^—.

Cuando un ácido y una base reaccionan (se combinan) liberando cantidades iguales de iones H ⁺ e iones OH ^-, resulta la neutralización. Los iones H ⁺ y los iones OH ^- se combinan (se neutralizan entre sí) para regenerar el agua.

Verificación de conceptos, términos y hechos

Preguntas de estudio Escribe tu respuesta en forma de oración (no respondas usando palabras sueltas)

1. ¿Qué es un ácido?
2. ¿Qué es una base?

El pH es una unidad de medida de la concentración de iones hidrógeno (H ⁺) e iones hidroxilo (OH ^-) en una solución acuosa (agua). Se dice que el agua pura es neutra con un pH de 7, porque hay muy pocos iones H ⁺ y OH ^- en concentraciones iguales (solo 1 de cada 10,000,000 moléculas de agua se disocian a H ⁺ y OH ^-, lo que da un pH de 7). Agregar cantidades iguales de H ⁺ y OH ^- al agua también será neutro con un pH de 7, porque la mayoría de estos iones se combinan para formar moléculas de agua y la concentración restante de iones H ⁺ y OH ^- es igual y muy baja.

Cuando la concentración de H ⁺ es mayor que la concentración de OH ^-, la solución es ácida, y el pH de la solución se indica con un número inferior a 7. La saliva, el café, el jugo de limón, el jugo de tomate y el ácido en una batería son todos ácidos, por lo que en todos ellos la concentración de H ⁺ es mayor que la concentración de OH ^-. Cuanto más H ⁺ en una solución, más ácido y menor es su pH (Ver Figura\(\PageIndex{2}\) a continuación).

Cuando la concentración de H ⁺ es inferior a la concentración de OH ^-, la solución es básica o alcalina, y el pH de la solución se indica con un número superior a 7. La sangre, el bicarbonato de sodio, el amoníaco y los blanqueadores son todos básicos, por lo que en todos ellos la concentración de H ⁺ es menor que la concentración de OH ^-.

Figura\(\PageIndex{2}\) pH de diversas soluciones. Cuanto menor sea el pH, más iones
hidrógeno (H ⁺) tienen las soluciones. Cuanto mayor sea el pH, menos iones hidrógeno tiene la solución.

Verificación de conceptos, términos y hechos

Preguntas de estudio Escribe tu respuesta en forma de oración (no respondas usando palabras sueltas)

1. ¿Qué es el pH?
2. ¿Qué es una solución neutra?
3. ¿Qué es una solución ácida?
4. ¿Qué es una solución básica (o alcalina)?

Las reacciones químicas en el cuerpo, los alimentos que comemos, los medicamentos que tomamos y los efectos de algunas enfermedades pueden agregar o eliminar hidrógeno o iones hidroxilo en o de nuestros fluidos corporales. Los niveles de estos iones, especialmente H ⁺ ya que las células del cuerpo producen constantemente H ⁺ como producto de desecho de la actividad celular, deben mantenerse dentro de un rango normal (pH ligeramente alcalino entre 7.35 y 7.45,). Entonces, todas las células de nuestro cuerpo dependen de la regulación homeostática del equilibrio ácido-base para mantener el pH dentro de condiciones de vida óptimas.

Existen varios mecanismos homeostáticos para mantener el pH en condiciones óptimas. Se puede regular por la disponibilidad interna de sustancias (químicos), ajustando la frecuencia respiratoria y eliminando los químicos en la orina. Los tampones químicos en el cuerpo son sustancias que pueden absorber iones de hidrógeno adicionales evitando un cambio en el pH. Por ejemplo, durante el ejercicio las células musculares pueden producir un exceso de ácido láctico, lo que aumenta los iones de hidrógeno (los ácidos liberan iones de hidrógeno). Estos iones de hidrógeno tienden a hacer que nuestros fluidos corporales sean más ácidos, pero los tampones químicos en el cuerpo los absorben evitando un cambio de pH. Vea a continuación una tabla comparando lo que sucede cuando se agrega ácido o base a una solución simple (sin tampón), o a una solución que absorbe iones hidrógeno o iones hidroxilo (tampón).

Tabla\(\PageIndex{1}\) Comparación entre una solución regular sin propiedades de amortiguación y una solución tampón con propiedades de amortiguación

	Solución regular (sin propiedades de amortiguación)	Solución tampón (con propiedades de amortiguación)
Cuando se agrega ácido, libera iones de hidrógeno y...	el pH cae y la solución se vuelve más ácida	el pH no cae
Cuando se agrega base, absorbe iones hidrógeno (o libera iones hidroxilo) y...	el pH aumenta y la solución se vuelve más básica (alcalina)	el pH no cae

El bicarbonato, los fosfatos y las proteínas funcionan como un tampón químico en nuestros fluidos corporales. Absorben iones extra de hidrógeno o iones hidroxilo adicionales liberados de las cosas que hacemos o comemos.

Verificación de conceptos, términos y hechos

Pregunta de estudio Escribe tu respuesta en forma de oración (no respondas usando palabras sueltas)

1. ¿Qué es un buffer?
2. ¿Qué sucede con el pH de una solución simple cuando se le agrega ácido?
3. ¿Qué sucede con el pH de una solución tampón cuando se le agrega ácido?