Trabajo Práctico nº 6:
Ácidos y bases
La palabra ácido proviene del latín “ácidus”
que significa agrio indica la propiedad
de algunos productos como el vinagre de frutas o el limón.
Las bases, antiguamente llamadas álcalis
(palabra que proviene del árabe y significa ceniza vegetal) son capaces de
anular los efectos y propiedades de las sustancias ácidas.
Con el desarrollo de la química como ciencia
fue ampliándose la definición de estas sustancias y fueron determinadas sus
propiedades. En 1663 el científico Robert
Boyle caracterizo a los ácidos como sustancias que atacan al mármol con
efervescencia y enrojecen los pigmentos azules de algunas plantas.
En 1777 Antoine Laurent Lavoisier consiguió
disolver en agua óxidos no metálicos
obteniendo ácidos como el acido sulfúrico (H2SO4),
acido nítrico (HNO3) y acido carbónico (H2CO3).
De esta manera Asegura que el oxigeno es el elemento común a todos los ácidos,
aunque su intento de obtener oxigeno a partir de todos los ácidos conocidos
fracaso cuando lo intento a partir de acido clorhídrico (HCl).
En 1810, el químico británico Humphry Davy demostró que el acido clorhídrico estaba
constituido únicamente por Hidrogeno y Cloro, y aseguro que todos los ácidos
contenían Hidrogeno.
En 1814 J. L. Gay-Lussac afirmó que los ácidos y las bases
no debían definirse por sí mismos sino unos en función de los otros.A medida
que se fueron identificando mayor número de ácidos, fue haciéndose evidente que
el elemento común a todos ellos era el Hidrógeno.
A mediados del siglo XIX ya se conocían varias propiedades de los
ácidos:
-Tienen sabor agrio.
-Destruyen tejidos, sobre todo en soluciones concentradas.
-En contacto con carbonatos o bicarbonato de sodio producen
efervescencia liberando gas carbónico (CO2).
-Atacan a los metales, liberando gas Hidrogeno.
-Tiñen de rojo al papel tornasol (mezcla de colorantes extraída de
ciertos líquenes).
Actividad nº 1: De los siguientes compuestos indica aquellos que estarían de acuerdo
con la definición de ácido de L,avoisier y justificar por qué:
Ácido sulfhídrico - ácido bromhídrico - ácido
fosfórico - ácido clorhídrico - ácido yodhídrico.
|
En 1887
el científico sueco Svante Arrhenius investigó el carácter conductor de las soluciones
acuosas de algunos compuestos, llamados electrólitos (ácidos, bases y sales),
llegando a formular como hipótesis explicativa que estas soluciones conducen la
corriente eléctrica porque el electrólito se disocia formando iones, es decir
átomos o grupos de átomos con carga eléctrica.
Estos iones tienen movilidad dentro del agua y es por esto que conducen
la electricidad. Cuando en 1884 presentó su teoría en su tesis doctoral no fue
muy bien recibida por la comunidad científica de ese entonces, aunque
posteriormente el desarrollo de sus trabajos sobre la disociación iónica le
valió el premio Nobel en 1903. Los motivos por los que no se aceptaron, en
principio, las ideas de Arrhenius eran de dos tipos:
-No
existía explicación para que los iones estuvieran separados y no volvieran a
unirse por atracción mutua (no se conocían las interacciones que se podían
establecer entre los iones y las moléculas de agua).
-Las
propiedades de los iones debían ser semejantes a las de la sustancia simple con
el mismo elemento. Así la disolución acuosa de cloruro de sodio tenía, según
Arrhenius, iones Na+ y Cl- que en nada se parecen al
sodio, que es muy reactivo en el agua, ni al cloro de gran toxicidad, frente al
carácter inocuo (no toxico) de esta disolución salina.
El sodio
reacciona violentamente con el agua mientras que el cloruro de sodio solamente
se disuelve.
Los
detractores de la teoría de Arrbenius creían que los iones Na+ debían
tener las propiedades del Na y que los iones Cl- debían tener las
propiedades del Cl.
Teniendo
en cuenta que se sabía que las moléculas de los ácidos contienen hidrógeno,
Arrhenius explicaba el carácter conductor de las soluciones acuosas de los
ácidos asegurando que estas sustancias se disocian en el agua, total o
parcialmente, dando iones H+ (cationes de hidrógeno, actualmente
llamados hidrónios según la IUPAC) e iones negativos (aniones) formados por el
resto de la molécula.
Si
representamos un ácido en general mediante la fórmula HA, la disociación iónica
es:
HA (aq) H+ (aq) + A (aq)
Según lo
planteado por Arrhenius, este propone la siguiente teoría:
“Ácido es
aquella sustancia que, en solución acuosa, se disocia dando iones hidronios H+
y base es todo a sustancia que en disolución
acuosa, se disocia dando iones oxhídrilo OH-
Las
disoluciones acuosas de las bases también conducen la corriente eléctrica, por
lo que Arrhenius lo justificaba admitiendo la disociación de las bases en el
agua total o parcialmente dando iones positivos (cationes metálicos) e iones
negativos (aniones oxhidrilo). Si representamos una base mediante la fórmula
BOH, la disociación iónica es:
BOH (ac) B+ (ac)
+ OH-
Dado que
los H+ y los OH- formados tienen mucha afinidad cuando
están cerca, tienden a combinarse: ¿y a que no adivinan el producto que forman?
H+
+ OH- H2O
Entonces
si la misma cantidad de H+ y OH- que están en solución se
unen para formar moléculas de agua, sin que no haya exceso de ninguno de los
dos, la reacción que se produce se denomina neutralización.
Entonces
al mezclar un acido con una base se forma una sal y agua.
HA (aq) + BOH (ac) AB
+ H2O
Actividad nº2: El HCl
y el NaOH se disocian en una solución acuosa. A partir de esta afirmación
responder:
a-Según la teoría de Arrhenius: ¿Cuál es el acido
y cuál es la base?
b-Representar la disociación de cada uno de estos
compuestos en el agua.
c-Dichos compuestos se neutralizan dando H2O
y NaCl. Representar la reacción con la ecuación química que corresponda.
Actividad nº 3: Escribe el proceso de la
disociación iónica en el agua de los siguientes compuestos:
HBr – CaOH – Mg(OH)2 - HClO4
Actividad nº 4: Teniendo en cuenta las consignas
de la actividad nº 2 realizar las ecuaciones correspondientes e indicar que
sustancia se comporta como acido y cual como base.
a- H2SO4
+ Ca(OH)2
b- HI +
KOH
c- HCl +
Mg(OH)2
Actividad nº 5: leer el siguiente texto y responder:
"Realizando múltiples experiencias comprobé
que algunos compuestos conducen la corriente eléctrica en disolución. Esta
propiedad me llevó a plantear la siguiente teoría: las sustancias conducen la
corriente eléctrica en disolución acuosa porque se disocian en iones
positivos (cationes) e iones negativos (aniones).
Recuerdo
cuando fui a mi profesor, Clive, al que admiraba mucho, y le dije: -
"Tengo una nueva teoría de la conductividad eléctrica debida a las
reacciones químicas" -. Él me contestó: - "Es muy interesante"
-, y añadió: - "Adiós" -. Por aquel entonces se emitían muchas
hipótesis, que resultaban ser falsas, y el buen hombre estaba cansado de oír
una más.
Tuve
que vencer serias objeciones a mi teoría. La naturaleza de las objeciones la
puedo ilustrar considerando lo 'que mi teoría prevé acerca de la sal (NaCI)
disuelta. El NaCI se ioniza
en
agua, formando iones Na+ y CI- separados. Mis críticos
rehusaron distinguir entre átomos libres de Na, que reaccionan explosivamente
con el agua, de los iones Na+. Igualmente el cloro libre
(CI2)
es un veneno fuerte, mientras que la sal disuelta se ingiere normalmente con
los alimentos e incluso ayuda a la digestión, porque está como iones Cl-.
Me costó mucho convencerles de que las
propiedades de los átomos y de los iones son muy diferentes." (Arrhenius 1880).
Explica la diferencia en su estructura y sus
propiedades entre algunos elementos y sus iones, por ejemplo entre el sodio y
el ión sodio, entre el cloro y el anión cloruro, entre el cobre y el catión
cobre (II).
|
En una
ciencia experimental, como es la Química, las nuevas teorías surgen para
explicar hechos que no pueden ser justificados con las ideas anteriores. La
teoría de Arrhenius presenta varias limitaciones:
- Hay
sustancias, como algunos óxidos (ej. CO2, SO2, SO3, N2O5)
o algunas sales como (ej. FeCl3, SnCl4) que no tienen
átomos de hidrógeno y, sin embargo, sus disoluciones acuosas tienen propiedades
ácidas.
-Otras
sustancias, como el amoníaco, los carbonatos o los hidrógenocarbonatos no
tienen grupos oxhidrilo y, no obstante, al disolverlos en agua presentan
propiedades básicas.
-La
definición de Arrhenius exige la presencia de agua como disolvente, pero
existen procesos de neutralización que transcurren en otros disolventes o en
ausencia del mismo. Así es el caso de la
reacción
entre el acido clorhídrico y el amoníaco para formar cloruro de amonio:
HCl (g) +
NH3(g) NH4Cl
(s) El primero se comporta como ácido y
el segundo como base, que pueda hablarse de la existencia de iones H+
ni de iones OH-.
-Los
iones hidrógeno, H+, debido a su carga y su pequeño tamaño no pueden existir
libres en disolución acuosa, uniéndose al agua formando los iones oxonio
(H30+).
Como
consecuencia de las limitaciones nombradas de la teoría Arrhenius los químicos Johannes
Brönsted(1879-1947) y Thomas Lowry(1874-1936) se preguntaron qué pasaba con
aquellas sustancias que no presentaban H+ u OH- y plantearon
de forma independiente, en 1923, una nueva definición más amplia de los
conceptos ácido-base.
Según
Brönsted y Lowry una sustancia se comporta como ácido si cede protones H+ a
otra que los acepta, actuando de este modo, como una base.
Por
tanto, una determinada sustancia no es ácida o básica por sí misma, sino que
dependerá de frente a quien se encuentre. Por tanto, podemos afirmar: Una
sustancia se comporta como ácido cuando cede protones actúa como base si los
acepta.
HCN (aq) + H2O
CN-
(aq) + H3O+ (aq)
El ácido
cianidhrico se comporta como tal frente al agua porque le cede un protón a
ésta, que lo acepta
actuando como base, transformándose en ion oxonio (H3O+).
NH3 (aq) +
H2O
NH4+(aq) + OH+(aq)
El
amoniaco actúa como una base, aceptando un protón H+ que le cede el agua, la cual actúa como ácido.
Como
hemos podido observar en estos ejemplos el agua se comporta bien como base o
como ácido frente a sustancias distintas. Pudiendo reaccionar con un ácido o
una base de diferentes maneras, aceptando protones o cediéndolos
respectivamente.
En
general las reacciones ácido/base las podemos escribir, de acuerdo con la
teoría de Brónsted /Lowry de
la siguiente forma:
HA + B A- + BH+
La
especie química HA se comporta como ácido, pues es capaz de ceder un protón a
B, que actúa como
base. Teniendo en cuenta la reversibilidad de las reacciones químicas, a su vez
la especie química
BH+ tiene un comportamiento ácido, ya que puede ceder un protón a A-,
que, de esta forma, se
comporta como base. Se puede afirmar que AH/A-forman un par ácido/base
conjugado y B/BH-
forman un par base / ácido conjugado. Por tanto, se puede decir:
AH + B A- + BH+
Ácido1 + Base2
Base1 + Ácido2
Actividad nº 6: Dadas las siguientes reacciones de transferencia de protones indica
debajo de cada especie química su comportamiento de ácido o de base,
justificando la respuesta:
a- NH3
(g) + HCl (g) NH4+
+ Cl-(s);
b- HCOOH(l) + H2O (l) HCOO- (aq) + H3O+ (aq)
Actividad nº 7: Leer el siguiente texto y responder:
Aunque
no lo crean los ácidos estomacales poseen una elevada concentración de HCl.
Cuando ciertos problemas en el funcionamiento del estomago producen un
aumento de los jugos gástricos se genera la desagradable y conocida sensación
de acidez.
Para
combatir la acidez se ingiere un antiácido aprovechando la reacción de
neutralización con el objetivo de aliviar ese malestar. El más común de los
antiácidos es el bicarbonato de sodio (NaHCO3), una sustancia que
no posee OH- en su estructura, pero que puede reaccionar con los
iones oxonio (H3O+) produciendo Na+, Cl-,
H2O y CO2.
HCl (l) + H2O (l) Cl-(aq) + H3O+(aq)
NaHCO3(s) + H3O+(aq) + Cl- (aq) Na+ (aq)+ Cl- (aq)+ H2O(l) + CO2(g)
Mediante
la formación de agua se neutraliza el exceso de protones estomacales, el
hecho de que se forme dióxido de carbono gaseoso explica las consecuencias
indeseables que produce el tomar bicarbonato de sodio cuando estamos con
acidez.
-Teniendo en cuenta que el carbonato de
calcio (CaCO3) y el
hidróxido de magnesio (MgOH2) también son utilizados como
antiácidos. Indicar de qué manera se produce la reacción de neutralización
entre estas sustancias y los iones oxonio (H3O+),
escribiendo las ecuaciones químicas que las justifiquen.
|
