Ácidos y Bases

Introducción La existencia de ácidos y bases se conoce desde antiguo, cuando su diferenciación se efectuaba por el nada recomendable procedimiento de comprobar su sabor: los ácidos suelen ser agrios mientras que las bases presentan apariencia jabonosa. La primitiva definición de Arrhenius señalaba que ácido es toda sustancia que en disolución acuosa se ioniza para dar iones H+ (protones) mientras que base es toda sustancia que en disolución acuosa se ioniza para dar lugar a iones OH". De esta forma se explica el comportamiento ácido del HCl y el básico del NaOH:

HCl H+ + Cl¯

NaOH Na+ + OH¯

Sin embargo, esta definición es muy escueta, y sólo puede aplicarse a un número muy pequeño de sustancias. El carácter ácido o básico no está únicamente unido a la existencia de protones e hidroxilos. Las distintas definiciones que se van a estudiar en este capítulo proporcionarán una ideal global sobre el comportamiento ácido o básico, de manera que se puedan aplicar estos conceptos en cualquier tipo de situación química, bien sean en medios acuosos o no acuosos, en compuestos orgánicos o inorgánicos, etc.

Definición de Brönsted-Lowry. En 1923, de manera independiente, Brönsted y Lowry propusieron que los ácidos son aquellas sustancias donadoras de protones y las bases las aceptoras de protones. En disolución acuosa esta definición es prácticamente idéntica a la de Arrhenius sobre protones e hidróxidos:

2 H2O   H3O+  +  OH¯ 

Uno de los casos donde esta definición encuentra una buena aplicación es en la racionalización de la actuación como ácidos y bases de disolventes próticos como el amoniaco o el sulfúrico:

NH4+   +    NH2¯        NH3  

ácido +  base  producto de neutralización

H3SO4+   +    HSO4¯       H2SO4 

ácido +  base  producto de neutralización

Otro ejemplo al que es posible aplicar esta definición es la siguiente reacción que, en principio, podría no parecer una neutralización, pero que como reacción acido-base, realmente lo es:

Dos especies químicas que difirieren únicamente en un determinado número de protones forman lo que se denomina par conjugado. Las reacciones como las de arriba transcurren siempre de manera que se forman las especies más débiles. Así, el ácido más fuerte y la base más fuerte de cada par conjugado reaccionan para dar ácidos y bases conjugadas más débiles. La limitación principal de esta definición se encuentra en la necesidad de la presencia de H+ en los reactivos.

Definición de Lux-Flood Sí en la definición de Brönsted y Lowry se enfatiza el papel del protón como la especie fundamental en las reacciones ácido-base, en la de Lux-Flood (inicialmente propuesta por aquél y desarrollada posteriormente por éste) se describe el comportamiento ácido-base en términos de transferencia de ion óxido. Así, las bases son sustancias donadoras de óxido y los ácidos  son aceptores de óxido. Esta definición se puede aplicar a sistemas de óxidos fundidos a alta temperatura:

  

Generalmente, una base de Lux-Flood es un anhídrido básico (óxido metálico) y un ácido es un anhídrido ácido (anhídrido tradicional).

Definición ácido-base según el disolvente

Muchos disolventes sufren reacción de autoionización originando cationes y aniones de forma similar a como ocurre con el agua:

Reacciones de autoionización

Según esta definición, toda especie que aumente la concentración del catión característico del disolvente se comporta como ácido, y, por lo tanto, toda aquella sustancia que aumente la concentración de anión será una base.

Para el H2O se define el producto iónico, a 25 ºC, de la siguiente forma:

Kw =[H3O+][OH-] = 10-14

De manera análoga, sería posible definir para un disolvente AB el producto iónico KAB:

KAB =[A][B]

De este modo se podría construir una escala similar a la del pH (-log[H+]), para cualquier disolvente que sufra autoionización, encontrándose el punto de neutralización a un valor de -1/2 logKAB. En la Tabla 1 aparecen los valores calculados para algunas sustancias.

Escalas de acidez y basicidad en distintos disolventes.

Disolvente Producto Iónico Rango de pH Punto de neutralización

H2SO4 10-4 0-4 2CH3COOH 10-13 0-13 6.5

H2O 10-14 0-14 7C2H5OH 10-20 0-20 10

NH3 10-29 0-29 14.5

Como se puede deducir de la Tabla, existen disolventes que se comportan como ácidos o como bases, por lo que existe un límite hasta el cual se puede medir la fuerza como ácido o base de una sustancia en un determinado disolvente. Por ejemplo, un ácido débil en H2O se puede comportar como ácido fuerte en un disolvente más básico que el agua, es decir, se encontraría totalmente disociado en dicho disolvente. Esto es lo que ocurre con el comportamiento del ácido acético en agua y en amoniaco:

CH3COOH + H2O H3O+ + CH3CO2-

Este equilibrio está mayoritariamente desplazado a la izquierda. Sin embargo, en amoniaco, está totalmente desplazado a la derecha:

CH3COOH + NH3 NH4+ + CH3CO2

-

 

Efecto nivelador del disolvente.

Cualquier ácido más fuerte que el ion H3O+ cede un protón al agua para formar H3O+. Por ello, ningún ácido más fuerte que el agua "sobrevivirá" en H2O y, por tanto, se desprotonará inmediatamente. Por ejemplo, no es posible discernir si el HBr es más o menos fuerte que el HI, pues ambos se disocian totalmente en agua. Se dice, entonces, que el H2O tiene un efecto nivelador  que iguala la acidez de todos los ácidos más fuertes que el H3O+. Si en lugar de H2O se emplea un disolvente más ácido que el agua, como el ácido acético, tanto el HBr como el HI se comportan como ácidos débiles, y se puede entonces comprobar que el HI es más fuerte que el HBr.

De manera análoga ocurre con las bases. Así, las bases más fuerte que el OH- se protonan con el agua, y la fuerza de las mismas es indistinguible. Por ejemplo, las bases como el Me¯ y NH2¯ no existen en H2O:

KNH2 (s) + H2O (l) K+ (ac) + OH- (ac) + NH3 (ac)

LiMe (s) + H2O (l) Li+ (ac) + OH- (ac) + CH4 (ac)

Como conclusión, se puede decir que todos aquellos ácidos cuyo pKa < 0 (o Ka > 1) son nivelados por el agua, y las bases conjugadas de ácidos con pKa>14 también lo son. Sólo aquellos sistemas que tengan pKa comprendido entre 0-14 pueden existir en este disolvente. Se puede observar que este intervalo corresponde al pKw. De forma general, en cada disolvente existirán aquellas especies cuyo pKa esté comprendido entre 0 y pKdisolv. La figura que se encuentra a continuación muestra la ventana de discriminación entre ácidos y bases en distintos disolventes. Obsérvese como la del agua (la única no marcada) es bastante estrecha. Cuanto más ancha sea, más fácilmente podrá distinguirse entre distintas especies ácidas o básicas.

Ventana de discriminación ácido-base para varios disolventes.

Reactivos: Acido clorhídrico al 10%, Acido sulfúrico al10%, Acido acético al 10%, papel tornasol azul, papel tornasol rojo, papel indicador universal, fenolftaleína, granalla de zinc, hidróxido de sodio 0.1N, hidróxido de calcio 0.1N, hidróxido de amonio 0.1N.

Procedimiento:

Primera parte.

1.-coloque en tres tubos de ensayo, respectivamente, 5ml de: a)ácido sulfurico, b)acido acetico, c)acido clorhidrico.

2.-agregue a cada uno de los tubos dos gotas de fenolftaleina y agite lavando en cada caso el agitador.

3.-tome con la varilla una gota de cada uno de estos acidos y coloquela sobre el papel tornasol azul. Observe lo que sucede.

4.-introduzca una tira del papel indicador universal en cada tubo e indique lo que sucede. Determine el valor del pH.

Segunda parte.

1.-coloque una granalla de zinc en cada uno de los tubos del experimento anterior.

2.-si es necesario, calientecon precacucioncada uno de los tubos, solo para iniciar la reaccion. Registre sus observaciones.

Cuarta parte

1.- en tres tubos de ensayo, coloque, respectivamente, 5ml de cada una de las siguientes substancias: a)hidroxido de sodio, b)hidroxido de calcio y c) hidroxido de amonio.

2.- utilizando un agitador, y lavando en cada caso, coloque una gota de cada tubo sobre un papel tornasol rojo.

3.-introduzca una tira de papel indicador universal y determine el pH de cada substancia.

4.- con precaucion, coloque una gota de cada substancia en el dedo indice y frotelo suavemente con el dedo pulgar. Enjuague bien, registre sus observaciones..

5.-añada a cada tubo dos gotas de fenolftaleina

RESULTADOS

Primera parte

1.- ¿qué efecto tiene la fenolftaleína en los ácidos? No tuvo ningún efecto ya que no se observo cambio alguno en los ácidos.

2.-escriba el nombre de 5 substancias de uso domestico común que sean ácidos Acetona - CH3COCH3 (Acetona) Aspirina - CH3COOC6H4COOH (Acido Acetilsalicilico) Acido Muriático - HCl (Acido Clorhídrico) Vinagre - CH3COOH ( Acido Acético) Aceite de Vitriolo - H2SO4 (Acido Sulfúrico)

3.-haga una tabla que indique, de acuerdo al experimento realizado, las características de cada acido fuerte o débil y el efecto de la fenolftaleína

Acido Formula pH Acido fuerte o’ débil

Efecto de la Fenolftaleína

Papel tornasol rojo

Papel tornasol azul

Acido Clorhídrico

HCl 0 Es un acido fuerte

Ningún efecto No registro ningún cambio en su color

Hubo un cambio de un color azul a un color rojo

Acido Sulfúrico

H2SO4 1 Es un acido débil

Ningún efecto No registro ningún cambio en su color

Hubo un cambio de un color azul a un color rojo

Acido Acético

CH3COOH 2 Es un acido débil

Ningún efecto No registro ningún cambio en su color

Hubo un cambio de un color azul a un color rojo

Segunda Parte:

1.-¿Qué sucede al agregar la granalla de zinc a cada tubo?

-Acido Clorhídrico (HCl) con la granalla de zinc: libera burbujas que son de hidrogeno.

-Acido Sulfúrico (H2SO4) con la granalla de zinc: libera burbujas que son de hidrogeno.

-Acido Acético (CH3OOH) con la granalla de zinc: libera burbujas en menor cantidad, tal vez sea necesario aplicar una cierta cantidad de calor para que se pudiese llevar una reacción. O por que en vez de liberar hidrogeno libere agua.

2.- Complete las siguientes reacciones:

Zn + 2HCl---------------ZnCl+H2

Zn + H2SO4----------ZnSO4+H2

Zn + 2CH3COOH------Zn(CH3COO)2 + H2O

Cuarta Parte:

1.-¿Qué coloración adquiere el papel tornasol con las bases?

Base Formula Papel Tornasol Rojo Papel Tornasol AzulHidróxido de Sodio NaOH Cambio de rojo a azul No cambio su colorHidróxido de Calcio Ca(OH)

2Cambio de rojo a azul No cambio su color

Hidróxido de Amonio NH4OH Cambio de rojo a azul No cambio su color

2.- ¿Cómo se comporta la fenolftaleína con las bases? Al añadir las dos gotas a cada tubo de ensayo se observo una ligera coloración, esta se hizo más intensa cuando se agitaron cada uno de los tubos de ensayo tomando un color fiusha cada base.

3.- ¿Qué impresión se tuvo al tacto? Con el NaOH se sintió áspero al tacto. Con el Ca(OH)2 se sintió jabonoso y fue lo mismo que con el NH4OH al tacto.

4.-Indique 5 substancias de uso domestico que sean álcalis. Cal Viva - CaO (Oxido De Calcio)Azúcar - C12H22O11 (Sacarosa) Sosa Caustica - NaOH (Hidróxido De Sodio) Caliza - CaCO3 (Carbonato De Calcio) Carbonato - NaHCO3 (Bicarbonato De Sodio)

5.- en base al experimento realizado, haga una tabla en la que se indique, para cada base, lo siguiente: pH, si es una base fuerte o débil y el efecto de la fenolftaleína.

Base Formula pH Base fuerte ó débil Efecto de la FenolftaleínaHidróxido de Sodio NaOH 14 Base mas fuerte Cambio a un color fiushaHidróxido de Calcio Ca(OH)

213 Base más débil Cambio a un color fiusha

Hidróxido de Amonio NH4OH 10 Base mas débil Cambio a un color fiusha

Conclusion:

Se puede concluir que con la primera parte del experimento se pudo conocer que sustancias actuan como acidos verificando su nivel de acidez con el indicador universal de pH. Y observando el cambio de color del papel tornasol azul pasando de un color azul a un color rojo en las tras sustancias, mientras que no registro ningun cambio de coloracion en el papel tornasol rojo. Con las dos gotas de fenolftaleina no registraron ningun cambio en su coloracion.

En la segunda parte se observo que al agregar la granalla de zinc al acido sulfurico y al acido clorhidrico estos liberaron hidrogeno, mientras que con el acido acetico se puede deicr que lo que libero fue agua.

En la cuarta parte se pudo ver que las sustancias empleadas actuaron como bases y se midio su nivel con el papel indicador universal. Y que estas substancias cambiaron la coloracion del papel tornasol rojo a azul, mientras que con el papel tornasol rojo no hubo ningun cambio en su coloracion. Con las dos gotas de fenolftaleina registraron un cambio de coloracion a fiusha.

Ácidos y Bases http://www.textoscientificos.com/quimica/inorganica/acidos-bases

Ácidos y Bases de uso común http://mx.answers.yahoo.com/question/index?qid=20091129182559AAO5W9c