ÁCIDOS Y BASES

    En la siguiente unidad didáctica tienes información global sobre los ácidos y bases:

    Unidad didáctica ácidos y bases

    

    El siguiente power point se muestra un resumen de la información más relevante de ácidos y bases, es el que hemos seguido en clase:

Power point clase ácidos-bases

• De las diferencias entre ácidos y bases tiempo ha que la humanidad tiene conocimiento (bien lo sabían las abuelas con los jabones). Robert Boyle señaló las principales propiedades de estas sustancias allá por el siglo XVII:

• Ya en  el siglo XIX, el químico sueco (de impronunciable nombre) Svante Arrhenius intuyó que la conductividad eléctrica de las disoluciones acuosas se debía a la existencia de iones positivos y negativos en las mismas.

• A principios del siglo XX, Johannes Brönsted y Thomas Lowry publicaron su teoría sobre los ácidos y las bases. Las características de la misma se resumen en la siguiente tabla:

•  Según Brönsted y Lowry,  un ácido y una base que difieren en un protón son un par ácido - base conjugados.

•  La teoría cuasidefinitiva sobre ácidos y bases es la de Lewis, pero no toca darlo este curso.
•  Las sustancias que se comportan como ácidos o como bases dependiendo de a qué sustancias se enfrenten se denominan anfóteras o anfipróticas. Ejemplos de ellas son el agua, el hidrogenocarbonato (HCO3^-), el hidrogenosulfuro (HS^-) etc. Veamos qué sucede con este último:

HS^- (ácido 1)+ NH₃ (base 2)<–> S^2- (base 1)+ NH₄⁺ (ácido 2)

H₃O⁺(ácido 1)  + HS^- (base 2) <–> H₂O(base 1) + H₂S (ácido 2) 

• Por cierto, no pienses que H⁺ y H₃O⁺ son especies diferentes. El ion hidronio es la combinación de un protón (H⁺) y una molécula de agua (H_²O):

• El agua pura conduce muy mal la corriente eléctrica (es una sustancia covalente molecular, cuyas moléculas se unen mediante enlaces por puente de hidrógeno). Apenas está disociada en sus iones (hidroxilo e hidronio), por lo que el equilibrio de autonionizacion del agua está muy desplazado hacia la izquierda:

(Esta imagen, por cierto, lleva a una página donde se desarrollan todos los contenidos del tema)

 H₂O (l) + H₂O (l)   <— —>   H^₃O⁺ (aq) + OH^-  (aq)

La constante de este equilibrio se llama constante de autonionización del agua, Kw:

 = 10^-7 · 10^-7 = 10^-14 (a 25º C)

y de ahí se deduce la relación

 pH + pOH = 14

pH

Que todo es relativo lo tenemos acuñado desde Einstein. La fuerza de los ácidos y las bases, su tendencia a ceder o captar protones, también es relativa, porque depende de con quién se enfrenten. No obstante, tenemos que conocer cuáles son los ácidos y bases más fuertes:

•  
  
•  La relación entre la fortaleza de los ácidos y su estructura molecular se explica en la imagen (pincha encima para verla mayor):

• Cuanto más fuerte es un ácido, más débil es su base conjugada, y viceversa:

• Los ácidos y bases fuertes tienen el equilibrio de disociación casi totalmente desplazado a la derecha (una constante grandísima), son electrolitos fuertes. Cuando nos den valores de la constante de acidez o basicidad menores de 1, debemos pensar en ácidos y bases débiles, y tratar la situación como un equilibrio químico.
  (base fuerte)
• En numerosos envases de productos de limpieza habrás leído eso de “pH neutro”. Con la siguiente animación tendrás información sobre el concepto de pH (ese “misterioso” logaritmo)… ¡en inglés! Pero las fórmulas son universales:

    pH = - log   [H₃ O⁺]

• La famosa escala de pH sitúa las sustancias ácidas con valores por debajo de 7, y las básicas por encima. pH neutro será el que presente una disolución con concentración de hidronios igual a 10^-7 M, y por tanto tenga pH = 7:

Para que no te queden dudas, aquí tienes un resumen de los casos-tipo que se pueden presentar en problemas de ácidos y bases fuertes y débiles:

• ¿Qué ocurrre con las sales en disolución? Las sales, electrólitos fuertes, se disocian totalmente en sus iones. El catión procedente de base débil o el anión que vi ene de ácido débil (o incluso los dos) reaccionarán con el agua, produciendo un equilibrio dehidrólisis,  dando carácter ácido o básico a la disolución. Si la sal proviene de eacción entre un ácido y una base fuertes, no habrá hidrólisis de los iones, y el pH resultante será neutro. Puedes comprobarlo en el laboratorio. Y practicar conejercicios.

Disociación del agua

Animaciones

 

Los indicadores ácido-base son sustancias orgánicas que cambian de color al pasar de la forma ácida a la básica. Este cambio se produce en un intervalo denominado intervalo de viraje, característico de cada indicador:

H In (color A) + H₂O <–> In^- (color B) + H₃O⁺

 

Los indicadores ácido-base son electrolitos débiles que presentan colores diferentes dependiendo del pH de la disolución en que se encuentren.  En la siguiente animación puedes dar un valor aproximado del intervale de viraje de distintos indicadores. Comprueba que concuerdan con lo esperado.

Utilizamos los indicadores para determinar el punto final de una neutralización, que es la reacción entre un ácido y una base para dar una sal. El punto final se puede observar por la variación del color del indicador, mientras que el punto de equivalencia, aquel en el que el número de hidronios iguala al de hidroxilos (el momento de la neutralización completa), sólo puede ser determinado teóricamente. Es muy conveniente elegir un indicador cuyo intervalo de viraje esté en las proximidades del punto de equivalencia..

Las valoraciones ácido-base o volumetrías o titulaciones sirven para determinar la concentración de una disolución desconocida a partir de otra conocida, utilizando una reacción de neutralización ácido-base. Así se hace una valoración ácido-base o titulación en el laboratorio (y se pide en PAU, así que no olvides el procedimiento para valorar un vinagre comercial):


 
• Esta interactividad de una titulación ácido-base está en inglés, pero lo que se ve se entiende, you know. ¿Puedes describir cómo se realizaría en el laboratorio dicha valoración. ¿Te animas con un test? Para entender las curvas de valoración ácido base, ojea  las excelentes infografías de Salvador Hurtado:


Si Panorámix hubiera tenido que estudiar disoluciones reguladoras para hacer la pócima mágica, adiós a la aldea irreductible…
 
• Las disoluciones reguladoras son capaces de mantener su pH prácticamente constante  aunque se les añadan pequeñas cantidades de ácidos o bases. ¿Qué sustancias contienen este tipo de disoluciones? ¿Cómo funcionan? Con esta simulación podrás comprobar si sabes calcular el pH de distintas disoluciones reguladoras (anota al menos dos casos). Tienes ejercicios sobre reguladoras con soluciones en este enlace, y en un buen powerpoint. También puedes autoevaluar lo que sabes. Las míticas fórmulas para estos ejercicios son:



• Aunque siga estando la información  en inglés, las imágenes te aclararán qué sucede al añadir una base fuerte o un ácido fuerte a una disolución reguladora.
• Puedes valorar cuánto vas aprendiendo con esta colección de ejercicios en pdf (con soluciones), o con otra que los plantea organizados y resueltos al final. También tenemos un par de actividades de refuerzo con las soluciones explicadas, y otros cuantos problemas con resolución incluida. Por posibilidad de tareas que no quede… En esta página encontrarás teoría, animaciones, ejercicios etc. (no te la pierdas). Tampoco esta otra, aunque recomiendo muy especialmente las audiovidelecciones de Skool! ¿No puedes vivir sin toda la teoría sobre ácidos y bases? ¿Necesitas más? Siempre el Grupo Lentiscal.

• Comprueba lo que sabes sobre ácidos y bases de modo interactivo, en Proyecto Ulloa (con ejercicios incluidos), con autoevaluaciones… Repasa el tema de 100cia. Autoevaluación Newton