Fundamentos de las Reacciones Ácido-Base y su Cuantificación
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Reacciones Ácido-Base
Se conoce como valoración ácido-base al conjunto de operaciones realizadas en el laboratorio, cuya finalidad es determinar la concentración de una disolución de un ácido o una base. Esto se logra mediante el uso de una disolución de concentración conocida (ya sea una base o un ácido) o de una sustancia patrón primario, y con la colaboración de un indicador ácido-base.
Neutralización
La neutralización es la combinación de iones hidrógeno (H+) y iones hidróxido (OH-) para formar moléculas de agua (H2O). Durante este proceso, se forma una sal. Las reacciones de neutralización son generalmente exotérmicas, lo que significa que desprenden energía en forma de calor.
Ácido + Base → Sal + Agua
Valoración de un Ácido Fuerte - Base Fuerte
Supongamos que disponemos de una disolución de un ácido fuerte, por ejemplo, el ácido clorhídrico (HCl) en agua, cuya concentración es desconocida. Si a esta disolución le vamos añadiendo una disolución de una base fuerte, por ejemplo, hidróxido de sodio (NaOH) de concentración conocida, se irá produciendo la reacción de neutralización.
HCl(ac) + NaOH(ac) → NaCl(ac) + H2O(l)
Valoración de un Ácido Débil - Base Débil
Las valoraciones de ácido débil-base débil no suelen estudiarse en la práctica debido a que presentan saltos de pH muy pequeños en las proximidades del punto de equivalencia. Esto aumenta notablemente la dificultad de realización y, por ende, la posibilidad de error. Es importante resaltar que, cuanto más pequeño es el salto de pH en las proximidades del punto de equivalencia, la valoración será más difícil de realizar y las posibilidades de errores aumentan considerablemente.
Indicadores
Los indicadores ácido-base son sustancias que cambian de color en función del pH. Son de gran utilidad para detectar el punto de equivalencia de una neutralización. Los indicadores ácido-base suelen ser ácidos orgánicos o bases orgánicas débiles que presentan colores marcadamente diferentes en sus formas molecular e ionizada. Pueden clasificarse en:
- Neutras
- Sensibles a los ácidos
- Sensibles a las bases
Punto de Equivalencia
El punto de equivalencia de una reacción ácido-base se define como el pH correspondiente al punto en el cual el número de equivalentes del ácido es igual al de la base. En el punto de equivalencia, las moles del ácido son iguales a las de la base.
Normalidad Ácido-Base
La normalidad ácido-base es la normalidad de una disolución cuando se utiliza para una reacción como ácido o como base. Por esto, suelen titularse utilizando indicadores de pH. En este caso, los equivalentes pueden presentarse de la siguiente forma:
- Para un ácido: n = moles × (cantidad de protones cedidos por una molécula del ácido)
- Para una base: n = moles × (cantidad de hidroxilos cedidos por una molécula de la base)
Donde:
- n es la cantidad de equivalentes.
- La cantidad de protones cedidos por una molécula del ácido (o hidroxilos cedidos por una molécula de la base) es el factor de equivalencia (z).