¿Qué tan fuertes son los ácidos y las bases en la escala de pH?

Cada sustancia química con la que nos encontramos tiene alguna forma de naturaleza, al igual que los humanos. Sin embargo, cuando se trata de productos químicos, asociamos la naturaleza con estados ácidos, básicos o neutros. Los ácidos, las bases y las sales tienen un impacto tanto en la química como en nuestra vida diaria. Los ácidos tienen un sabor agrio, las bases tienen un sabor amargo, mientras que las sales mismas tienen un sabor salado.

Muchos ácidos y bases que no usamos en nuestra vida diaria son utilizados en laboratorios e industrias, como HCl, H2SO4, NaOH, KOH, entre otros. El proceso de neutralización da como resultado la creación de sal y agua cuando estos ácidos y bases se mezclan en las cantidades adecuadas. NaCl y KCl, por ejemplo, son sales naturales que se encuentran en el agua de mar y en los depósitos de rocas naturales.

¿Qué son los ácidos?

El término ácido se deriva de la palabra latina ‘acidus’ o ‘acere’, que significa agrio. La característica más común es su sabor agrio. Un ácido es una sustancia que produce ion hidronio ionizable (H3O+) en su solución acuosa. Se vuelve rojo el papel de tornasol azul . 

Los ácidos pueden estar presentes en una variedad de cosas, incluidos los alimentos, pero su presencia en varias frutas es particularmente notable. Por ejemplo:-

• Cuajada – Ácido Láctico
• Vinagre – Ácido Acético
• Naranja – Ácido cítrico
• Tamarindo – Ácido Tartárico
• Tomate – Ácido Oxálico
• Limón – Ácido Cítrico

Aparte de estos, en los laboratorios se emplean comúnmente varios ácidos, como el ácido clorhídrico, el ácido sulfúrico y el ácido nítrico. En el estómago tenemos ciertos ácidos bastante comunes, como el ácido clorhídrico débil, que provoca la indigestión alimentaria. Normalmente experimentamos indigestión y una sensación de ardor en el estómago cuando el contenido de nuestro estómago se vuelve excesivamente ácido. Cuando los ácidos reaccionan con los metales, se produce gas hidrógeno. Todos los ácidos tienen hidrógeno como componente.

Metal + Ácido ⇢ Sal + Hidrógeno

Propiedades de los ácidos

• Cuando un ácido se disuelve en agua, produce iones de hidrógeno (H+).
• Los ácidos reaccionan con los metales para formar/liberar gas hidrógeno.
• El ácido tiene un sabor agrio y es de naturaleza cáustica.
• Los ácidos tienen un pH de menos de 7.
• Cuando los ácidos reaccionan con la piedra caliza (CaCO3), se produce dirust de carbono.
• El papel de tornasol azul generalmente se convierte en papel de tornasol rojo con ácido.
• Eliminan las propiedades químicas de las bases.

Clasificaciones de ácidos 

Sobre la base del origen:

• Ácidos orgánicos: los ácidos que provienen de la materia orgánica, como plantas y animales, se conocen como ácidos orgánicos. Por ejemplo, ácido cítrico (frutas cítricas), ácido acético (vinagre), ácido oleico (aceite de oliva), etc.
• Ácidos minerales: los ácidos que provienen o se producen a partir de minerales se conocen como ácidos minerales o ácidos inorgánicos. Estos ácidos no contienen carbono Por ejemplo H ₂ SO ₄ , HCl. HNO3 , _etc.

Sobre la base de la fuerza: Los ácidos producen iones de hidrógeno cuando se mezclan con H2O, la fuerza de un ácido depende de la concentración de los iones de hidrógeno presentes en una solución. Una mayor cantidad de iones de hidrógeno significa una mayor fuerza del ácido, mientras que una menor cantidad de iones de hidrógeno significa que el ácido es débil.

• Ácidos fuertes: un ácido fuerte es aquel que puede disociarse total o casi completamente en agua. Por ejemplo, ácido sulfúrico, ácido nítrico, ácido clorhídrico, etc.

H ⁺ + H ₂ O ⇢ H ₃ O+

HCl(ac) ⇢ H+(ac) + SO ₄ -(ac)

H ₂ SO ₄ (ac) ⇢ 2H+ (ac) + SO ₄ – (ac)

• Ácidos débiles: un ácido débil es aquel que no se disocia completamente o se disocia muy poco en agua. Por ejemplo, los ácidos que consumimos a diario como el ácido cítrico, el ácido acético, etc.

CH3COOH (aq) ⇢ _{CH3COO- (aq) +} H+(aq)

HCOOH(aq) ⇢ HCOO-(aq) + H+(aq)

¿Qué son las Bases?

Las bases son sustancias iónicas que cuando se disuelven en agua producen iones de hidrrust negativo (OH). Un compuesto iónico es aquel que contiene un ion no metálico negativo y un ion metálico positivo que se mantiene unido por un enlace iónico.

Propiedades de las Bases

• Las bases son sustancias químicas que, cuando se disuelven en agua, producen el ion hidrrust (OH).
• Las bases tienen un sabor áspero y propiedades cáusticas. Con frecuencia tienen una sensación resbaladiza y jabonosa.
• Las bases son excelentes conductoras de electricidad y tienen un pH de más de 7.
• Las moléculas de jabón se forman cuando las bases se combinan con aceites y grasas.
• El papel tornasol rojo se convierte en papel tornasol azul mediante bases.
• Las bases tienen una propensión a corroer las superficies metálicas.
• Cuando entran en contacto con ácidos, responden rápidamente.

Clasificación de Bases

1. Bases fuertes: en la reacción ácido-base, una base fuerte se describe como una sustancia química básica que puede eliminar un protón (H+) de (o desprotonar) una molécula incluso de un ácido relativamente débil (como el agua). Los hidrrusts de metales alcalinotérreos y metales alcalinos, como Ca(OH)2 y NaOH, son dos ejemplos comunes de bases fuertes. Algunas de las bases, como los hidrrusts alcalinotérreos, se pueden emplear cuando se ignora el requisito de solubilidad debido a su escasa solubilidad. “Varios antiácidos eran suspensiones de hidrrusts metálicos como el hidrrust de magnesio y el hidrrust de aluminio”, dice un defensor de la baja solubilidad. Por ejemplo: hidrrust de sodio: NaOH, hidrrust de litio: LiOH, hidrrust de potasio: KOH.
2. Súper bases: debido a que sus ácidos conjugados, aminas, hidrocarburos estables y dihidrógeno son extremadamente débiles, las sales del Grupo 1 de hidruros, amidas y carbaniones tienden a ser bases más fuertes. En general, estas bases se obtienen mezclando ácido conjugado con metales alcalinos puros como el sodio. Se conocen como superbases y es casi imposible mantenerlas en agua porque se clasifican como bases más fuertes que el ion hidrrust. Como resultado, el agua ácida conjugada se desprotona. Por ejemplo: hidruro de sodio (NaH), amida de sodio (NaNH2) y butil litio (n-C4H9Li).
3. Bases débiles: una base débil es aquella que no se ioniza completamente en una solución acuosa o cuya protonación es incompleta. A 25 °C, la constante de equilibrio de la reacción mencionada anteriormente es de 1,8 x 10 ^-5 , lo que implica que el grado de ionización o reacción es mínimo.
4. Bases de Lewis: una base de Lewis, también conocida como donante de pares de electrones, es una molécula que tiene un par de electrones de alta energía que se puede compartir con un orbital vacío de baja energía en una molécula aceptora para formar un aducto. Otros posibles aceptores (conocidos como ácidos de Lewis) incluyen moléculas neutras como BF3 e iones metálicos como Fe3+ o Ag+, además de la molécula H+. Los aductos que contienen iones metálicos, por otro lado, se conocen como complejos de coordinación. Un estado de estrés eléctrico ocurre cuando una base neutra forma un enlace con un ácido neutro, según la formulación original de Lewis. El par de electrones que solía pertenecer solo a la base ahora lo comparten el ácido y la base.

pH

Soren Peter (bioquímico) fue el primero en acuñar el término pH en 1909. Utilizamos un indicador universal para determinar la fuerza de los ácidos y las bases, que muestra distintos colores en cantidades variables de iones de hidrógeno en una solución. El valor de pH se usa comúnmente para determinar la fuerza del ácido y la base de manera cuantitativa. El logaritmo de la concentración de iones H+ se define como pH, que significa Poder de Hidrógeno. El valor de pH de cualquier material o solución indica si es ácido, neutro o alcalino.

¿Qué es la escala de pH?

Una escala de pH es una herramienta para determinar las concentraciones de ácido y base. La escala va de cero a catorce, siendo cero el más bajo y catorce el más alto. Una prueba de fuego revela si una sustancia es ácida o básica. El color del papel coincide con los números de la escala de pH, lo que indica el tipo de sustancia química que se está analizando. 

¿Qué es el valor de pH?

Se utiliza una escala de pH para determinar el valor de pH de un componente. La escala de pH va de 0 a 14, donde 0 indica extremadamente ácido y 14 indica extremadamente alcalino. Si se encuentra un valor de pH de 7 en cualquier solución, indica que la solución es de naturaleza neutra. Los valores inferiores a 7 sugieren una solución ácida, mientras que los valores superiores a 7 indican una solución alcalina. La acidez de la solución aumenta a medida que el valor de pH disminuye de 7 a 1, es decir, una solución con un valor de pH de 2 es más ácida que una solución con un valor de pH de 3. La alcalinidad de una solución aumenta de 7 a 14 (en la dirección opuesta de la acidez), es decir, una solución con un pH de 11 es más alcalina que una solución con un pH de 9.

Fuerza del ácido: pH 

Los ácidos se definen como sustancias con un pH inferior a 7,0. A medida que aumenta la cantidad de ion H+ en la solución, el valor disminuye. Los ácidos fuertes son compuestos que liberan rápidamente iones H+ o son completamente ionizables en solución. Como resultado, los ácidos fuertes tienen un valor de pH más bajo, cercano a 0 a 1. Cuanto mayor sea la concentración de iones H+ en la solución y, por lo tanto, cuanto más fuerte sea el ácido, menor será el valor de pH.

Por ejemplo, ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido nítrico, ácido perclórico, ácido clorhídrico, etc.

Un ácido débil es aquel que no se ioniza completamente en solución. En cantidades bajas, libera el ion H+, lo que da como resultado un rango de pH de 5 a 7. El ácido fórmico (HCOOH), el ácido acético (CH ₃ COOH) y muchos otros ácidos son ejemplos.

Fuerza de la base: pH

La naturaleza de ciertas sustancias está determinada por su pH. Las bases, por otro lado, son sustancias que tienen un pH superior a 7,0. A medida que cae la cantidad de H+ en la solución, el valor sigue aumentando. Las bases fuertes son sustancias químicas que liberan rápidamente el ion OH- en una solución. El ion H+ en la solución es recogido por estos iones, lo que eleva el valor de pH de la solución. Como resultado, las bases fuertes suelen tener valores de pH de alrededor de 13 o 14.

Por ejemplo: hidrrust de litio, hidrrust de sodio, hidrrust de potasio, hidrrust de rubidio, hidrrust de cesio, etc.

Los productos químicos que no se disocian completamente se conocen como bases débiles (tienen un valor de pH en el rango de 7 a 10). Como resultado, la concentración de iones OH- disminuye y el valor del pH aumenta. La metilamina y el amoníaco son dos de esos ejemplos.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: ¿Cómo se puede diferenciar entre un ácido y una base?

Responder:

El ácido y las bases se pueden diferenciar usando un papel tornasol. El papel tornasol/solución se vuelve rojo en soluciones ácidas y azul en soluciones alcalinas. 

Pregunta 2: Enumere algunos ácidos presentes en frutas y verduras.

Responder:

 Naranja – Ácido cítrico

Tamarindo – Ácido Tartárico

Tomate – Ácido Oxálico

Limón – Ácido Cítrico

Pregunta 3: ¿Los ácidos reaccionan con los metales para liberar qué gas?

Responder:

Los ácidos reaccionan con los metales para liberar gas hidrógeno.

Pregunta 4: Entre Ácidos y Bases, ¿cuál es un buen conductor de electricidad?

Responder:

Las bases son excelentes conductoras de electricidad y tienen un pH de más de 7.

Pregunta 5: ¿Cuál es el rango de pH de ácido y base?

Responder:

Las soluciones con pH inferior a 7 son de naturaleza ácida, mientras que las soluciones con pH superior a 7 son de naturaleza básica.

Pregunta 6: Explique el ácido fuerte con el rango de pH.

Responder:

 Los ácidos fuertes son compuestos que liberan rápidamente iones H+ o son completamente ionizables en solución. Como resultado, los ácidos fuertes tienen un valor de pH más bajo, cercano a 0 a 1. Cuanto mayor sea la concentración de iones H+ en la solución y, por lo tanto, cuanto más fuerte sea el ácido, menor será el valor de pH.

Por ejemplo: ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido nítrico, ácido perclórico, ácido clorhídrico, etc.

Pregunta 7: Explique una base fuerte con un rango de pH.

Responder: 

Las bases fuertes son sustancias químicas que liberan rápidamente el ion OH- en una solución. El ion H+ en la solución es recogido por estos iones, lo que eleva el valor de pH de la solución. Como resultado, las bases fuertes suelen tener valores de pH de alrededor de 13 o 14.

Por ejemplo: hidrrust de litio, hidrrust de sodio, hidrrust de potasio, hidrrust de rubidio, hidrrust de cesio, etc.