Química de Ácidos y Bases: Conceptos Esenciales, Fuerza y Equilibrio

Conceptos Fundamentales de Ácidos y Bases

Ácido:

Especie que puede producir un protón, transformándose en una base.

Base:

Especie capaz de aceptar un protón, transformándose en un ácido.

Los equilibrios no pueden darse aisladamente; para que la reacción se produzca, son necesarios dos sistemas conjugados ácido-base.

Ácido 1 + Base 2 → Base 1 + Ácido 2

El agua tiene carácter anfiprótico. Puede comportarse como ácido y como base. El valor de K_w aumenta con la temperatura.

Fuerza de Ácidos y Bases

La fuerza se refiere a la facilidad de un ácido para ceder un protón y la de una base para aceptarlo. Cuando un ácido o una base se disuelve en agua, se disocia o se ioniza:

• Totalmente: Ácidos o bases fuertes.
• Parcialmente: Ácidos o bases débiles.

Clasificación y Ejemplos

• Ácido fuerte: (Cede fácilmente un protón) HCl, HClO₄, HNO₃, H₂SO₄.
• Base fuerte: (Acepta fácilmente un protón) NaOH, KOH, Ba(OH)₂, Ca(OH)₂.
• Ácido débil: (Cede con dificultad un protón) CH₃COOH, H₂CO₃, HCN, HF.
• Base débil: (Acepta un protón con dificultad) NH₃, C₆H₅NH₂, CH₃NH₃Cl.

Relación entre K_a y K_b

K_a • K_b = [H₃O⁺] • [OH^-] = K_w = 10^-14

Cuanto mayor es K_a, menor es K_b; cuanto más fuerte es un ácido, más débil es su base conjugada, y viceversa.

Grado de Disociación (α)

El grado de disociación, α (alfa), se define como la fracción de la molaridad, la función de distribución o el tanto por uno de la especie disociada.

Para una reacción genérica:

HA + H₂O ⇌ A^- + H₃O⁺

Donde:

• C_a = [HA] + [A^-]
• α = [A^-] / C_a

Según el tipo de protolito:

• Protolitos fuertes: α = 1
• Protolitos débiles: α < 1

Anfolitos y Disoluciones Reguladoras

Anfolitos

Anfolitos: Especies que pueden actuar como ácido o como base. Todas las especies intermedias de ácidos débiles polipróticos lo son.

Disoluciones Reguladoras (Tampón, Búfer o Amortiguadoras)

Son aquellas cuyo pH varía poco cuando se diluye o se añaden cantidades moderadas de ácidos o bases fuertes. Son de gran importancia en ciencias de la vida, ya que la función de cada sistema biológico depende del pH. Constan de una concentración relativamente alta de un ácido débil y su base conjugada, o de una base débil y su ácido conjugado.

Preparación de una Disolución Reguladora

1. Se elige un ácido cuyo pK_a sea próximo al pH deseado.
2. Se disuelven cantidades equivalentes del ácido y de una de sus sales alcalinas.
3. El pH se determina experimentalmente.
4. Si el pH no es exactamente el deseado, se puede añadir ácido o base fuerte para ajustar la reacción.

Capacidad Reguladora

Medida de la efectividad de la disolución en conservar el valor de su pH al añadir ácido o una base.

Precipitación y Solubilidad

Condiciones de Precipitación

• Q < K_ps: No precipita.
• Q = K_ps: No precipita (sistema en equilibrio).
• Q > K_ps: Sí precipita.

Factores que Afectan a la Solubilidad

Los principales factores que afectan a la solubilidad son:

• Tamaño de las partículas
• Estado cristalino
• Efecto de la temperatura
• Disolvente
• Efecto salino
• Efecto del ion común