Reacciones Ácido-Base: Modelos, pH y Fuerza Química

Reacciones Ácido-Base

Una reacción ácido-base es una reacción química que ocurre entre un ácido y una base, que forman sal y agua.

• Ácido

  Del latín Acidus = Agrio. Se puede encontrar en forma de sólido, líquido o gaseoso (según la temperatura), y como sustancia pura o solución. Reacciona con metales y son electrolitos (sustancia que se ioniza).

• Base

  Posee propiedades alcalinas, es decir, puede neutralizar ácidos. Tiene sabor amargo y es jabonosa al tacto. Son electrolitos, es decir, disoluciones que conducen corriente eléctrica. Son solubles en agua e irritantes para la piel.

• Indicador de pH

  Mide el pH de un medio. Un ejemplo de ellos es el tornasol: se tiñe rojo-anaranjado al contacto con ácidos, y azul oscuro con bases.

Modelo de Arrhenius

En una solución acuosa, el ácido libera iones de hidrógeno o protones [H⁺] y la base libera iones de hidróxido [OH^-].

Ejemplo:

• Ácido: HA → H⁺ + A^-
• Base: BOH → B⁺ + OH^-

Disociación Iónica

La disociación iónica es la descomposición de compuestos en iones.

H₂S → H⁺ + HS^-

H₂S → 2H⁺ + S^-2

Modelo de Brönsted-Lowry

Según este modelo, el ácido cede protones de hidrógeno y la base recibe estos protones. Este proceso ocurre inmediatamente, ya que los protones no pueden quedar libres.

Ejemplo: HCl + H₂O → Cl^- + H₃O⁺

• H⁺ = CEDE = ÁCIDO
• RECIBE = BASE

Existen los anfólitos, que son un grupo de moléculas que son ácidos y bases a la vez, comportándose de ambas maneras (ácido y base conjugados).

Ejemplo:

H₃O⁺ + CN^- → H₂O + HCN

Ácido + Base → Base conjugada + Ácido conjugado

Modelo de Lewis

En el modelo de Lewis, el ácido recibe pares de electrones porque presenta orbitales vacíos, los cuales son llenados por los electrones de la base.

Ejemplo: A + :B → A-B

      Cl          H                 Cl    H
Cl – Al   +   : N – H   →   Cl – Al – N - H
      Cl          H                 Cl    H

Autoionización del Agua

La autoionización del agua es la reacción química en la que dos moléculas de agua reaccionan para producir un ion hidronio (H₃O⁺) y un ion hidróxido (OH^-). El proceso se basa en la naturaleza anfótera del agua (es un anfólito).

• H₃O⁺ → Ácido
• OH^- → Base

Proceso:

H₂O _(líquido) + H₂O _(líquido) → H₃O⁺ _{(ácido disuelto en agua)} + OH^- _{(base disuelta en agua)}

Constante de Equilibrio (K)

La constante de equilibrio (K) es la relación entre las concentraciones molares (mol/L) de reactivos y productos. Depende de la temperatura, por lo que debe especificarse.

• K = [Producto 1] x [Producto 2] x [Producto…] / [Reactante 1] x [Reactante 2] x [Reactante…]
• K_water = [H₃O⁺] x [OH^-] = 1x10^-14 M²

*Sustancias líquidas o sólidas no se escriben en la expresión de K.

• [H₃O⁺] > [OH^-] = Ácida
• [H₃O⁺] < [OH^-] = Básica
• [H₃O⁺] = [OH^-] = Neutra

pH

El pH es un coeficiente que indica el grado de acidez o basicidad de una solución acuosa. Esto se debe a la característica en común de los ácidos y bases: la concentración de iones de hidrógeno (H⁺).

• Ácidos: altas concentraciones de H⁺
• Bases: bajas concentraciones de H⁺

Se divide en 14 unidades:

• 0: acidez máxima
• 7: nivel neutro
• 14: basicidad máxima

• pH = -log [H₃O⁺] → [H₃O⁺] = 10^-pH
• pOH = -log [OH^-] → [OH^-] = 10^-pOH
• pH + pOH = 14

Indicadores

Los indicadores son ácidos o bases débiles cuyas formas ácido/base conjugadas presentan colores diferentes.

Fuerza de Ácidos y Bases

Un ácido o base fuerte (en solución acuosa) se encuentra absolutamente ionizada. Un ácido o base débil se encuentra parcialmente ionizada (molécula/ion).

• Ácidos Fuertes

  Pueden ser binarios (HCl, HBr, HI) o ternarios H_xAO_y (si y – x ≥ 2, es fuerte. Si y – x < 2, es débil).

• Bases Fuertes

  Ejemplos: NaOH, KOH, Ca(OH)₂, etc. (Solo las que tienen OH en su estructura).

Factores que influyen en la fuerza de ácidos y bases

• Energía de Enlace (H – X)

  A mayor energía, más dificultad para romper el enlace.

• Electronegatividad del Halógeno

  A mayor electronegatividad, más fuerte es el ácido.

• Número de Oxígenos

  A más oxígeno, más fuerte es el ácido.

• K_ácido

  A mayor valor de K_ácido, más fuerte es el ácido.

  HA _(ac) + H₂O _(L) → H₃O⁺ _(ac) + A^- _(ac)

  K_a = [H₃O⁺] x [A^-] / [HA]