Tema Ácidos y bases1. Concepto de ácido y base:

Los ácidos son substancias que dan color rojo a determinados pigmentos, vegetales de color azul, son substancias que disuelven el mármol y que separan el azufre de las disoluciones de determinados compuestos como p.ej. el sulfato sódico (Boyle). Las bases no tienen sabor ácido que cuando se mezclan con los ácidos pueden neutralizar sus acciones, les dio el nombre de soluciones alcalinas (Boyle).

Lemery demostró que al mezclar una disolución ácida con una básica se obtiene una sal, y al álcali les llamó bases. Lavoisier descubrió que al disolver algunos óxidos de no metales en agua se producían ácidos, por lo que pensó que el contenido en oxígeno de la molécula era lo que le daba el carácter ácido, pero pronto se demostró que existían substancias sin oxígeno que también tenían carácter ácido. Liebig

definió los ácidos como substancias que contienen H y que son substituibles por metales. Arrhenius dio la primera definición útil pero de todas formas tiene fallos, porque solo se puede aplicar en caso de disoluciones acuosas. Ácido es toda sustancia capaz de ceder protones al agua, por ejemplo HCl, y base es toda sustancia capaz de ceder hidroxilos al agua, otro de los fallos que tiene esta teoría es que se habló de protón, pero en el agua no existen protones como tales, sino que se encuentran como protón hidratado (H3O+). Posteriormente hubo otros dos químicos que hicieron otra teoría Bronsted-Lowry, mejora la teoría de Arrhenius y la amplía a más disolventes, para ellos un ácido es toda sustancia capaz de ceder protones, y base es toda sustancia capaz de captar protones, exigen que para que una sustancia actúe como base debe tener un par de electrones solitarios para que pueda aceptar el protón.De estas teorías se desprende que hay sustancias como el H2O que en algunas ocasiones se va a comportar como un ácido y en otras como una base, sustancias anfóteras.

Se puede deducir lo siguiente, cuando un ácido cede protones se convierte en un compuesto que es capaz de aceptarlos, es decir en una base, se van a denominar bases conjugadas. Cuando una base acepta protones se convierte en una sustancia capaz de cederlos, es decir en un ácido conjugado. Se puede decir que un ácido+ base va a dar base conjugada+ ácido conjugado.Posteriormente Lewis propuso una nueva definición de ácido, aquella sustancia capaz de aceptar un par de electrones, y base es aquella sustancia dadora de un par de electrones. Las bases así definidas por esta última teoría tienen el mismo sentido que les había dado Bronted-Lowry, pero esta definición dada para los ácidos amplía el número de sustancia que se comportan como ácidos, aquí entrarían los iones positivos, compuestos que tienen un átomo con un octeto incompleto, que muchos se utilizan como catalizadores químicos.2. Fuerza relativa de ácidos y bases: En las reacciones ácido- base se producen un proceso de cesión y aceptación de protones, por lo cual si intentamos definir la fuerza de un ácido o de una base podríamos decir que la fuerza es la tendencia a ceder o a captar protones, pero que va a depender de la especie con la que se combine para aceptar o para ceder los protones.

Cuanto mayor sea la facilidad con que el ácido cede el protón más fuerte es ese ácido. Pero entonces tanto más débil será su base conjugada, es decir más difícilmente aceptará el protón. Para medir la fuerza se puede hacer de 2 formas:

A. Método cuantitativo: La forma más clara para cuantificar la acidez de un compuesto sería conocer la ionización del ácido o de la base, cuanto más desplazado este ese equilibrio hacia la derecha más fuerte puede ser considerado el ácido, esta medición se puede realizar mediante la constante de equilibrio de la reacción que en el caso que tratamos recibe el nombre de constante de acidez o basicidad:

Conclusión, cuanto mayor es el valor de Ka y menor el de pKa más fuerte es el ácido. Cuanto mayor es el valor de Kb y menor pKb más fuerte es la base.B. Método cualitativo:

Si no conocemos la constante de acidez o basicidad de una sustancia podemos averiguar de manera aproximada atendiendo a lo siguiente. Por una parte fijándonos en la electronegatividad del átomo central.Al aumentar la electronegatividad aumenta la acidez.Nos podemos fijar en el número de oxidación, porque al aumentar aumenta la acidez. Solo nos vale cuando comparamos un mismo elemento con distintos estados de oxidación:Al aumentar la carga positiva aumenta la acidez.Al3+ > Na+

Tamaño de la base conjugada; porque al aumentar el tamaño de la base, la base es más débil y aumenta la acidez:

3. pH y métodos de medida: Experimentalmente podemos distinguir entre ácidos fuertes y débiles midiendo algunas propiedades.La conductibilidad de las soluciones acuosas, porque los ácidos fuertes se comportan como electrolitos fuertes, eso quiere decir que las soluciones tienen muchos iones, y al contrario ocurre con los ácidos débiles. Punto de ebullición, de congelación…. De sus soluciones acuosaspH de sus soluciones acuosas, para poder definir el pH nos hace falta el equilibrio de disociación del H2OEn solución acuosa, la concentración del H2O es muy grande, aproximadamente 55,6mol/l. así que se va a poder considerar constante para disoluciones diluidas:Ese producto iónico del agua tiene un valor a 25ºC 10-14 molar.Cuando se trata de agua pura se puede calcular la concentración de protones e hidroxilos:Si a la solución acuosa le añadimos un ácido aumentamos la concentración de protones, pero con el fin de mantener el valor de Kw, entonces el equilibrio tiende a desplazarse hacia la izquierda y disminuye la concentración de los hidroxilos. Si añadimos una base aumentan OH- y disminuye la concentración de H+. En una solución ácida la concentración de H+ tiene que ser mayor que la de OH-.Sorensen introdujo el concepto de pHCuanto más bajo es el pH más ácida es la solución tratada, y cuanto más alto sea más básica será la solución.De forma análoga al pH se ha definido el pOH:

El pH, la concentración de protones, la concentración de OH- de una solución se puede determinar experimentalmente de las siguientes maneras:

A. Mediante el uso de indicadores ácido-baseB. Mediante métodos potenciómetros (pHmetros)A. Un indicador ácido-base es una sustancia que experimenta una

variación de color que se puede observar en un determinado intervalo del pH, es decir son colorantes ácidos cuyas bases conjugadas tienen distinto color, Por ejemplo el rojo de metilo (color amarillo a pH ≥4,2, y cuando el pH es <3 el color es rojo), ese cambio de color está relacionado con el equilibrio entre el indicador y los protones H+, así el indicador se comporta como un ácido o como una base:

Según predomine la forma molecular o la forma iónica el indicador presentará uno u otro color. Existen intervalos de aproximadamente 2 unidades de pH en los que hay una mezcla, a esas zonas se les conoce como color neutro o intervalo de viraje. También se pueden usar dos o más indicadores cuando hay una zona de viraje en la que no hay una forma clara.Los indicadores universales están constituidos por una mezcla de indicadores que logran abarcar todo el espectro del pH son por ejemplo la fenolftaleína, el azul de metileno o el naranja de metilo.B. Los pHmetros son unos aparatos

que se basan en una fuerza electromotriz de una pila que depende de los potenciales REDOX de los electrodos que la forman y dependen también de la composición de la solución en la que están sumergidos los electrodos, así que se trata de buscar en electrodo cuya potencia dependa de la concentración de los iones H+ de la solución y a continuación medimos la fuerza electromotriz de la pila con ese electrodo y otro de referencia que tiene un potencial conocido, de esa manera podemos calcular el pH de la solución. Como electrodos indicadores de pH que más se utilizan son los siguientes: electrodo de gas hidrogeno, electrodo de quinhidrona, electrodo de vidrio. El mas utilizado es el electrodo de vidrio, el funcionamiento se basa en que se forma un potencial a través de una membrana muy delgada de vidrio cuando esta

membrana separa 2 soluciones que tienen distinta concentración de protones, una de estas tiene que tener pH conocido.Para medir el pH se sumerge ese electrodo en la solución, se establece entonces un contacto por lo que llaman puente salino con el electrodo de referencia, así tenemos una pila en la que se

puede conocer su fuerza electromotriz y a partir de ella el pH. Hay que tener en cuenta que el potencial de la pila varía con la temperatura, por eso va a ser necesario una corrección si el aparato no es automático.

1. Valoraciones ácido- base: Las titulaciones ácido- base se llaman también valoraciones, son

procesos que se utilizan para determinar con exactitud la concentración de una disolución, se basan en la reacción de neutralización.En esta reacción podemos observar que una determinada cantidad de base neutraliza a una cantidad dada de ácido, esto es lo mismo que el ácido y la base reaccionan equivalente a equivalente. Por eso Nº equiv. X Acido = Nº equiv. X Base (Va x Na = Vb x Nb) Si lo que se quiere es conocer la concentración del H2SO4 procederemos así, pondremos un volumen conocido de ese ácido e iremos añadiendo gota a gota la solución de base de concentración conocida. Generalmente si lo que valoramos es un ácido entonces el proceso se llama acidimetría y si es una base alcalimetría. Para averiguar cuando

estamos llegando al punto final se puede utilizar indicadores o un pHmetro.El indicador que utilizamos debe tener su zona de viraje en el punto que se produce la neutralización. A ese punto se le denomina punto de equivalencia, es igual que la concentración de [H+]= [OH-]1.1 Titulación ácido fuerte- base fuerte: Si añadimos gota a gota una solución de potasa que es una base fuerte a una solución de HCl y medimos el pH, cada mililitro que añadamos, entonces podemos observar que el pH varía muy poco al principio, pero que, luego hay un cambio brusco, y al final varía otra vez lentamente.

En general cuando se titula un ácido fuerte con una base fuerte o al revés puede emplearse cualquier indicador que tenga un rango comprendido entre 4 y 10 porque es el rango de subida de la curva y el punto de equivalencia se va a encontrar a pH neutro. Usualmente se emplea la fenolftaleina. No siempre el punto de equivalencia se sitúa al pH 7. 1.2 Titulación ácido débil- base fuerte: Al principio de la valoración el pH va a subir de forma más rápida que en el de que sean ácido fuerte- base fuerte, y además el cambio que se produce en el punto de equivalencia es menor. En esta situación el punto de equivalencia se va a situar a un pH básico. La causa de que la pendiente sea más suave es porque se están formando disoluciones de sistema tampón.

1.3 Titulación ácido fuerte- base débil: La curva obtenida es parecida a la anterior pero de sentido contrario. Cuando se titulan ácidos y bases débiles las curvas no son tan sencillas como cuando se titulan ácidos y bases fuertes, por dos razones, por la formación del sistema tampón y otra, por la reacción de hidrólisis de la sal que se está formando, y esto hace que el punto de equivalencia quede desplazado del valor neutro, se desplaza hacia un pH por arriba del pH básico cuando se valora un ácido débil y por debajo de pH ácido cuando se valora una base débil.