Equilibrio Ácido - Base

Equilibrio Ácido - Base

Los ácidos y las bases son sustancias muy abundantes en la naturaleza, por ejemplo los aminoácidos, y son importantes en muchos procesos químicos que se llevan a cabo a nuestro alrededor, desde procesos industriales hasta biológicos, por ejemplo, la velocidad de las reacciones que conservan nuestra vida dependen en grado crítico de la acidez o basicidad de las disoluciones.

Ácidos y Bases

Definición de Arrenhius

Un ácido es cualquier sustancia que, cuando se disuelve en agua, aumenta la concentración de iones hidrógeno, H+.

Una base es cualquier sustancia que, cuando se disuelve en agua, incrementa la concentración de iones hidróxilo, OH-.

Por tanto, basándose en la definición de Arrenhius, el ácido clorhídrico es clasificado como un ácido y el hidróxido de sodio como una base:

HCl (ac) → H+ (ac) + Cl-(ac)

NaOH (ac) → Na+ (ac) + OH-(ac)

Definición de Bronsted – Lowry

La definición es más general y se considera el comportamiento ácido-base en términos de transferencia de proton (H+) desde una sustancia a otra.

Un ácido de Bronsted-Lowry es un donador de protón (H+) y una base de Bronsted-Lowry es un aceptor de protón. La reacción entre un ácido y una base es vista como un equilibrio en el cual un nuevo ácido y una nueva base se forman (la base conjugada del ácido y el ácido conjugado de la base). Esta definición extiende la lista de bases y el alcance de las reacciones ácido-base.

En la siguiente reacción, HCl actúa como un ácido de Bronsted-Lowry y el agua actúa como una base de Bronsted –Lowry porque el HCl transfiere un ion H+ al agua para formar el ion hidronio, H3O+.

HCl (ac) + H2O (l) ↔ H3O+(ac) + Cl-(ac)

Este equilibrio favorece fuertemente la formación de H3O+ y Cl-, es decir, HCl es un ácido más fuerte que H3O+.

Una amplia variedad de ácidos de Bronsted-Lowry son conocidos. Estos incluyen compuestos moleculares tal como el ácido nítrico,

HNO3 (ac) + H2O (l) ↔ H3O+ (ac) + NO3-(ac)

Cationes, tal como el ion NH4+,

NH4+ (ac) + H2O ↔NH3(ac) + H3O+(ac)

Y aniones,

H2PO4-(ac) + H2O (l) ↔ HPO42- (ac) + H3O+(ac)

Similarmente, muchos diferentes tipos de especies pueden actuar como bases de Bronsted-Lowry en sus reacciones con agua. Estas incluyen algunos compuestos moleculares,

NH3 (ac) + H2O (l) ↔ NH4+ (ac) + OH- (ac)

Y aniones, tal como el ion carbonato,

CO32-(ac) + H2O (l) ↔ HCO3-(ac) + OH-(ac)

Algunas sustancias actúan como ácido en una reacción y como base en otra. Por ejemplo, el H2O es una base de Bronsted-Lowty en su reacción con HCl y un ácido de Bronsted-Lowry en su reacción con NH3. Las sustancias que son capaces de actuar ya sea como ácido o como base se consideran anfóteras, así una sustancia anfótera se comporta como base cuando se combina con una sustancia más fuertemente ácido que ella, y como ácido cuando se combina con algo más fuertemente básico que ella.

Pares conjugados ácido-base

En todo equilibrio ácido-base hay transferencias de protones tanto en la reacción directa (hacia la derecha) como en la inversa (hacia la izquierda). Por ejemplo, considérese la reacción de un ácido, que denotaremos como HX, con agua.

HX (ac) + H2O (l) ↔ H3O+ (ac) + X- (ac)

En la reacción directa HX dona un protón al H2O. Por tanto, HX es el ácido de Brønsted-Lowry, y H2O es la base de Brønsted-Lowry. En la reacción inversa el H3O+ dona un protón al ion X-, de modo que H3O+ es el ácido y X- es la base. Cuando el ácido HX dona un protón, queda una sustancia, X-, capaz de actuar como base. Análogamente, cuando H2O actúa como base, genera H3O+, que actúa como ácido.

Un ácido y una base como HX y X-, que difieren sólo en la presencia o ausencia de un protón, constituyen un par conjugado ácido-base. Todo ácido tiene una base conjugada, que se forma quitando un protón al ácido. Por ejemplo, OH- es la base conjugada de H2O, y X- es la base conjugada de HX. De forma análoga, toda base tiene un ácido conjugado asociado a ella, que se forma agregando un protón a la base. Así, por ejemplo, H3O+ es el ácido conjugado de H2O, y HX es el ácido conjugado de X-. En toda reacción ácido-base (de transferencia de protones) se identifican dos conjuntos de pares conjugados ácido-base, por ejemplo para la reacción entre el ácido nitroso, HNO2 y el agua:

...