Ácidos, bases, pH y reacciones redox: resumen de química en medio acuoso

Reacciones en Medio Acuoso

Concepto de Ácido y Base según Brønsted-Lowry

Ácido: es toda sustancia capaz de ceder protones.

Base: es toda sustancia capaz de aceptar protones.

Para que una sustancia actúe como ácido, debe estar en presencia de otra que actúe como base y acepte los protones cedidos por el ácido. En disoluciones acuosas, el agua desempeña el papel de base frente a los ácidos y de ácido frente a las bases.

El ácido, al ceder los protones, se transforma en una especie química capaz de aceptar protones, es decir, una base conjugada. La base, al aceptar los protones, se transforma en una especie química capaz de ceder protones, es decir, un ácido conjugado.

Equilibrio de Disociación del Agua. Concepto de pH

El agua se comporta frente a ella misma como ácido y como base según la reacción: 2H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH^-. Es decir, se disocia en iones hidronio (H₃O⁺) y en iones hidróxido (OH^-).

Se llama producto iónico del agua a la constante Kw = [H₃O⁺] x [OH^-]. A 25°C, el producto iónico del agua vale 10^-14.

El pH de una disolución es el logaritmo negativo de la expresión numérica de la concentración molar del ion H₃O⁺:

pH = -log[H₃O⁺]

pOH = -log[OH^-]

pH + pOH = 14

La concentración de los iones H₃O⁺ y OH^- en las disoluciones acuosas son cantidades muy pequeñas y de incómodo manejo. Por eso, se utiliza una forma más rápida y práctica de medición de la acidez y de la basicidad de estas disoluciones: la escala de pH.

Disolución ácida: pH < 7

Disolución neutra: pH = 7

Disolución básica: pH > 7

Concepto Electrónico de Oxidación y Reducción

Desde el punto de vista electrónico, una reacción es de oxidación-reducción cuando hay una transferencia de electrones.

Oxidación

Es la reacción química en la que una sustancia pierde electrones. Cuando una sustancia pierde electrones, se dice que se oxida. La sustancia que pierde electrones se llama reductor.

Reducción

Es la reacción química en la que una sustancia gana electrones. Cuando una sustancia gana electrones, se dice que se reduce. La sustancia que gana electrones se llama oxidante.

No se puede hablar de procesos de oxidación o reducción aislados, porque si una sustancia pierde electrones, otra debe ganarlos. Por tanto, se habla de reacciones de oxidación-reducción o reacciones redox. En ellas hay una transferencia de electrones desde la sustancia que se oxida a la que se reduce.

El oxidante es la especie química (ion, átomo o molécula) que provoca la oxidación de otra y, por lo tanto, tiene que ganar los electrones que pierde esta sustancia y se reduce.

El reductor es una especie química que provoca la reducción de otra y, por lo tanto, tiene que ceder los electrones y se oxida.

Unidades de Concentración

g/L: Es la cantidad de soluto, expresada en gramos, por litro de disolución.

Molaridad: Es la cantidad de soluto, expresada en moles, por litro de disolución.

Molalidad: Es la cantidad de soluto, expresada en moles, por cada kilogramo de disolvente.

Fracción Molar: Es el número de moles de un componente dividido entre la suma de moles de todos los componentes.

Estequiometría

Reactivo Limitante

Cuando ocurre una reacción, los reactivos probablemente no se encuentran en la relación estequiométrica exacta. Puede haber exceso de uno o más de ellos. En tal caso, habrá un reactivo que se consumirá en su totalidad y será el que va a limitar la reacción. Dicho reactivo se llama reactivo limitante.