acidos y bases
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ACIDOS Y BASES
En seguida se hace mención de los conceptos a los que se
pretende llegar con los alumnos:
1. ¿A qué se le llama ácido?
2. ¿A qué se le llama base?
3. ¿Qué caracteriza a los ácidos y a las bases?
4. ¿Qué características, alcances y limitaciones presenta el
modelo de Arrhenius?
5. ¿Cómo controlar los efectos del consumo frecuente de los
alimentos ácidos?
A continuación se desarrollan estos contenidos:
ÁCIDOS Y BASES
Los ácidos y las bases son sustancias centrales en la vida. Estos
compuestos están relacionados con todos los seres vivos, por
ejemplo, el ácido clorhídrico es un componente importante de los
jugos gástricos y el ácido láctico se forma en los músculos cuando
realizamos alguna actividad física.
Muchas sustancias de uso cotidiano, como los refrescos, los
jugos de frutas y el vinagre son ácidos; otros, como detergentes,
blanqueadores y los productos que se utilizan para destapar las
cañerías o para quitar el cochambre de la estufa, son bases. En la
industria química algunos ácidos y son materia prima para la
fabricación de una multitud de sustancias como los fertilizantes,
pigmentos y diversas sales; en la industria alimentaria y en la
farmacéutica es necesario controlar la acidez y la basicidad de los
alimentos y medicamentos para evitar que éstos se
descompongan o pierdan su buena apariencia.
HISTORIA DE LOS ACIDOS Y BASES
Las características de estas sustancias se conocen desde mucho
tiempo antes del desarrollo de la química moderna y se usaban
con frecuencia en el laboratorio. El ácido más fuerte conocido en
la Antigüedad fue el vinagre y hacia el siglo XIII se prepararon en
el laboratorio algunos ácidos inorgánicos. Probablemente el
primero de éstos fue el ácido nítrico, el cual se obtuvo a partir del
salitre (nitrato de sodio y potasio). La primera clasificación de
ácidos y bases se basaba fundamentalmente en las diferencias
sensacionales que producen estas sustancias.
La palabra ácido se deriva del latín acidus que significa agrio, y
que se utilizaba para designar al vinagre. Este compuesto se
prepara en el antiguo Egipto dejando agriar en el aire el alcohol
obtenido por la fermentación del jugo de las frutas. Los ácidos
tienen sabor agrio, cuando los tenemos entre los dedos no
resbalan fácilmente unos sobre otros, dejan una sensación de
resequedad, dan una coloración especifica a ciertas sustancias
llamadas indicadores y, si están muy concentrados, producen
quemaduras.
La palabra álcali proviene del árabe al-qualy que significa cenizas
de plantas. Se llamó así al carbonato de potasio que se obtiene
por combustión de las plantas y posteriormente a todas las
sustancias que poseían propiedades semejantes a este producto.
Las bases son de textura jabonosa, tienen un sabor amargo y les
da a los indicadores una coloración diferente a la que dan los
ácidos.
Durante mucho tiempo los ácidos y las bases se consideraban
antagonistas y se suponía que las sales, producto de la reacción
entre ambos, resultaban de la neutralización de estos “opuestos”.
Muchos médicos y químicos que utilizaron sustancias para el
tratamiento de enfermedades, consideraban que todos los
procesos de la vida se reducían a reacciones entre ácidos y
bases.
El agua no puede incluirse ni en los ácidos ni en las bases pues
no tiene sabor ni sensación jabonosa o áspera y no da un color
característico a los indicadores, por lo que es considerada una
sustancia neutra.
Estas clasificaciones de los ácidos y bases fueron basadas en
principalmente en los sentidos de los primeros investigadores.
Robert Boyle (1627 – 1691) Fue uno de los primeros científicos
que busco características que fueran más allá de lo inmediato.
Para los ácidos y bases, por ejemplo, describió la reacción con los
metales y con la piedra caliza. Algunas de las propiedades
utilizadas por él para caracterizar ácidos y bases son las
siguientes:
* Ácidos: Tiene sabor agrio, producen una sensación punzante en
la piel, cambian el color azul del tornasol en rojo, disuelven ciertos
metales y también minerales de carbonato liberando bióxido de
carbono.
* Bases: Tiene sabor amargo, producen una sensación resbalosa,
cambian el color rojo del tornasol en azul.
* Ambos anulan sus características al combinarse para dar lugar a
sustancias de gusto salado.
Esta caracterización permitió clasificar gran cantidad de
compuestos como ácidos, bases y sales.
Cuando se acumularon conocimientos prácticos sobre ácidos y
bases, se intentó dar explicaciones teóricas al comportamiento de
estas sustancias y se consideró que los ácidos eran sustancias
cuyos átomos tenían minúsculos clavos para así explicar la
picazón que producían en la piel, en tanto que las bases se
consideraban cuerpos poroso que podían absorber los clavos de
los ácidos, lo que explicaba la neutralización de ambos al
reaccionar.
Lavoisier pensaba que todos los ácidos contenían oxígeno y por
eso tenían un comportamiento similar.
Humphhry Dhabi en 1810, al realizar su electrólisis, descubrió que
el ácido clorhídrico sólo contenía hidrógeno y cloro, pero no
oxígeno, hecho que no era suficiente para presentar
comportamiento ácido. Existen gran cantidad de sustancias que
contienen hidrógeno y no son ácidos, por ejemplo el agua pura y
los hidrocarburos. El hidrógeno de los ácidos debía de ser
sustituible por un elemento metálico, por lo que al reaccionar un
ácido con un metal se liberaba hidrógeno. Así, por ejemplo, el
ácido clorhídrico, HCl, reacciona con el magnesio para producir
hidrógeno y cloruro de magnesio, que es una sal.
En 1843 el físico Ingles Michael Faraday al trabajar con ácidos,
bases y sales descubrió que cuando se hacía pasar una corriente
eléctrica a través de electrolitos sumergidos en soluciones de
estas sustancias, los ácidos, las bases o las sales se separan en
sus iones.
El químico Sueco Svante Arrhenius propuso en 1884 (41 años
después), que el agua podía disolver diversos compuestos al
separarlos en sus iones individuales, por lo que definió lo
siguiente:
ácidos sustancias químicas que contenían hidrógeno y que,
disueltas en agua, producían una concentración de iones
hidrógeno (H+) mayor que la existente en el agua pura; y a las
bases como sustancias que, disueltas en agua producían un
exceso de iones hidroxilo (OH-)
También explica el fenómeno de neutralización ya que, al
separarse los iones, hidrógeno e hidroxilo se unan para producir
agua, y el no metal de ácido se una al metal de la base para
formar las sales.
Como casi todas las teorías, la de Arrhenius también tiene limites
uno de ellos fue que el concepto de ácido se limita a especies
químicas que contienen hidrógeno y el de la base a las que
contienen iones hidroxilo; su segunda limitación es que sólo se
refiere a disoluciones acuosas y no es factible aplicarla en
muchas reacciones ácido-base que tienen lugar en ausencia de
agua.
EL PH
Los químicos usan el pH para indicar de forma precisa la acidez o
basicidad de una sustancia. Normalmente oscila entre los valores
de 0 (más ácido) y 14 (más básico). En la tabla siguiente aparece
el valor del pH para algunas sustancias comunes.
PH QUE PRESENTAN ALGUNAS SUSTANCIAS CORRIENTES
SUSTANCIA PH SUSTANCIA PH
Jugos Gástricos 2,0 Amoníaco Casero 11,5
Limones 2,3 Leche De Magnesia 10,5
Vinagre 2,9 Pasta De Dientes 9,9
Refrescos 3,0 Disolución Saturada
De Bicarbonato Sódico 8,4
Vino 3,5 Agua De Mar 8,0
Naranjas 3,5 Huevos Frescos 7,8
Tomates 4,2 Sangre Humana 7,4
Lluvia Ácida 5,6 Saliva (Al Comer) 7,2
orina humana 6,0 agua pura 7,0
leche de vaca 6,4 saliva (reposo) 6,6
INDICADORES
Un indicador es una sustancia que en medio acuoso adquieren un
color característico en presencia de ácidos o bases.
Los indicadores generalmente son de origen vegetal. Por ejemplo;
el agua de jamaica en presencia de un ácido es de color rojo y en
presencia de una base toma una coloración azul, al igual que la
tintura de tornasol. El té negro es de un color café en un medio
básico, y amarillo en un medio ácido.
Algunos colorantes que contienen las flores también nos sirven
como indicadores, de hecho algunas de ellas toman un color si se
cultivan en un suelo ácido, y otro en un suelo básico. Por ejemplo,
las hortensias son rosas si crecen en tierra básica y azules en
tierra ácida.
Podemos preparar indicadores extrayendo los colorantes de las
flores o de las verduras, así como también moliendo col morada
en la licuadora con agua y posteriormente colando; el colorante
de algunas flores como claveles o rosas, los podemos extraer al
triturar los pétalos con alcohol o agua.
Para probar la efectividad del indicador es necesario investigar
qué coloración adquiere con las sustancias comunes que hemos
clasificado como ácidos o bases, agregando a éstas unos
mililitros del extracto de colorante (la cantidad puede variar
dependiendo tanto de la cantidad de sustancias como del color
del colorante, que puede ir desde unas cuantas gotas hasta 5 –
10 ml).
SUSTANCIAS COMUNES
ACIDOS BASES
Jugo de limón Champú
Jugo de naranja Limpiador de estufa
Jugo de toronja Jabones
Vinagre Detergentes
Si los colorantes extraídos toman una coloración diferente en
presencia de ácidos o bases, son entonces indicadores.
CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LOS INDICADORES
Los indicadores son compuestos orgánicos con estructuras
complejas, cuyo color cambia de acuerdo con su ionización.
Uno de los primeros indicadores conocidos es el tornasol. Como
la coloración de estos compuestos es muy intensa, basta con
unas cuantas gotas para determinar si una sustancia es ácida o
base.
Cuando se agrega indicador a una sustancia que no es ácida ni
base, como el agua destilada, se obtiene una coloración
intermedia.
1. *Concepciones alternativas sobre ácidos y bases
Los ácidos pueden quemar y comerse el material
Los estudiantes piensan en los ácidos como agentes activos que dañan la piel y otros materiales. Esta idea se desarrolla en los
niños pequeños quienes aprenden a pensar en los ácidos como algo “peligroso” los dibujos animados que muestran a científicos
haciendo agujeros en los bancos con ácidos contribuyen también a esta imagen. No se perciben los ácidos como sustancias
formadas por partículas sino como materia continua con propiedades especiales.
Neutralización quiere decir una ruptura ácida.
En lugar de considerar la neutralización entre un ácido y un álcalis, los estudiantes perciben estos como eliminar las
propiedades de los ácidos. El álcalis puede detener la acción de un ácido alternativamente el ácido puede estropearse.
Una base-álcali inhibe las propiedades quemantes de un ácido
Los estudiantes tienden a encontrar los ácidos en la educación formal mucho antes que los álcali; por tanto las ideas sobre estos
últimos están relativamente poco desarrolladas. Aunque los
álcalis diluidos son de hecho más corrosivos que los ácidos diluidos, las percepciones de los estudiantes son que los álcalis
no tienen propiedad corrosiva alguna , que más bien actúan para que los “ácidos” (los inhiben) no se “coman” otro material.
Los iones hidrógeno están presentes en los ácidos, pero los ácidos permanecen en forma molecular en solución.
Que los iones hidrógenos son responsables del comportamiento ácido es algo relativamente muy conocido, por lo menos entre
muchos estudiantes de química de 16 años de edad. Sin embargo, un modelo común para el comportamiento ácido parece
ser que los iones hidrógeno permanecen en la molécula e “intercambian compañeros” o son “desplazados” de la molécula
mediante una reacción con un álcali o un metal.Las reacciones ácidos-bases aparecen en la mayoría de los cursos de química de secundaria. Los maestros deben, por
consiguiente, estar conscientes de las dificultades de los estudiantes con estas reacciones,
.