Aquellas sustancias que donan su ion hidrógeno (H+) (donante de protones) y aceptan el electrón a otra se denomina ácido. Tienen un pH inferior a 7,0. Pero las sustancias que aceptan el protón y donan el electrón se denominan base. Tienen un pH superior a 7,0. Los ácidos son ácidos, mientras que las bases son amargas.
Los ácidos y las bases son una de las partes más importantes de la química, pero también desempeñan un papel importante en otro campo de la ciencia. Existen muchas definiciones que diferencian las sustancias como ácido y base, pero las más aceptadas son la teoría de Arrhenius, la teoría de Bronsted-Lowry y la teoría de ácido/base de Lewis. Juntos, los ácidos y las bases reaccionan para formar sales.
Los ácidos y las bases están en todas partes, desde los jabones que se usan durante la ducha hasta el ácido cítrico o el vinagre presentes en la cocina. Aunque a veces es difícil distinguirlos y comprobarlos, se proporcionaron ciertas teorías que se analizan a continuación junto con una breve descripción.
| Base de comparación | Ácidos | Bases |
|---|---|---|
| Concepto de Arrhenius | El ácido es la sustancia que cuando se disuelve en agua aumenta la concentración de iones H+. | La base es la sustancia que cuando se disuelve en agua aumenta la concentración de iones OH–. |
| Concepto de Bronsted-Lowry | Los ácidos son el donante de protones. | Las bases son el aceptor de protones. |
| Concepto de Lewis | Las especies que aceptan el par de electrones (un electrófilo) y tendrán orbitales vacíos se conocen como ácido de Lewis. | Las especies que donan el par de electrones (un nucleófilo) y tendrán un par de electrones solitario se conocen como base de Lewis. |
| Fórmula química | Compuesto cuya fórmula química comienza con H, por ejemplo HCl (ácido clorhídrico), H3BO3 (ácido bórico), CH2O3 (ácido carbónico). Aunque el CH3COOH (ácido acético) es una excepción. | Compuestos cuya fórmula química termina en OH, por ejemplo KOH (hidróxido de potasio), NaOH (hidróxido de sodio). |
| Escala de pH (concentración de iones de hidrógeno en una solución) | Menos de 7. | Mayor que 7. |
| Características físicas | De sabor amargo. | De sabor amargo. |
| Da sensación de ardor. | Inodoro (excepto amoníaco). | |
| Los ácidos suelen ser pegajosos. | Las bases están resbaladizas. | |
| Reacciona con metales para producir gas hidrógeno. | Reacciona con grasas y aceites. | |
| Indicador de fenolftaleína | Permanece incoloro. | Da color rosa. |
| Prueba de fuego | Convierte el papel tornasol azul en rojo. | Convierte el papel tornasol rojo en azul. |
| Fortaleza | Depende de la concentración de iones hidronio. | Depende de la concentración de iones de hidróxido. |
| Disociación cuando se mezcla con agua. | Los ácidos se disocian para dar iones de hidrógeno libres (H+) después de mezclarlos en agua. | Las bases se disocian para dar iones hidróxido libres (OH–) después de mezclarlas en agua. |
| Ejemplos | Ácido clorhídrico (HCl), Ácido sulfúrico (H2SO4), Ácido nítrico (HNO3), Ácido carbónico (H2CO3). | Hidróxido de amonio (NH4OH), Hidróxido de calcio (Ca(OH)2), Hidróxido de sodio (NaOH). |
| Usos | Se utilizan como conservantes, fertilizantes, como conservantes, se utilizan como bebidas carbonatadas, procesamiento de cuero, limpieza del hogar, elaboración de refrescos, saborizante de alimentos, etc. | Se utiliza en medicina gástrica (antiácido), jabones, detergentes, limpiadores, desodorantes antitranspirantes para axilas, álcalis no peligrosos para neutralizar aguas residuales ácidas, neutralizar la acidez del suelo. |
La palabra ácido deriva de la palabra latina ‘acids’ o ‘acere’, que significa «ácido». Un ácido son las sustancias químicas que aceptan electrones y donan iones de hidrógeno o protones. La mayoría de los ácidos que contienen átomos unidos por enlaces de hidrógeno se disocian para dar cationes y aniones en agua.
La acidez se mide por la presencia de algunos iones de hidrógeno, por lo que cuanto mayor sea la concentración de iones de hidrógeno, mayor será la acidez y menor será el pH de las soluciones. Se mide en una escala entre 1 y 7 (7 es neutro) en la escala del medidor de pH.
Algunos ácidos son fuertes y otros son débiles. Los ácidos fuertes son aquellos que se disocian completamente en agua, por ejemplo, el ácido clorhídrico, que cuando se disuelve en agua se disocia completamente en iones. Los ácidos que se disocian parcialmente en agua y, por tanto, la solución contiene agua, ácido e iones, se denominan ácidos débiles, por ejemplo, ácido acético.
Principalmente los ácidos se definen de muchas maneras, pero el ácido de Arrhenius o Bronsted-Lowry es aceptable. Aunque el ácido de Lewis se denomina “ácido de Lewis”, ya que estas definiciones no incluyen el mismo conjunto de moléculas.
Concepto de Arrhenius: Se puede definir como la sustancia que cuando se agrega al agua, aumenta la concentración de iones de hidrógeno (H+) se llama ácido.
Concepto de Bronsted-Lowry: en este caso, se dice que el ácido es el donante de protones. Esta teoría define las sustancias sin disolverse en agua y por eso es ampliamente utilizada y aceptada.
Ácido de Lewis: hay ciertos compuestos que no contienen átomos de hidrógeno, pero se consideran ácidos, como el trifluoruro de boro y el tricloruro de aluminio. Por tanto, el compuesto que acepta el par de electrones para formar un enlace covalente se denomina ácido de Lewis.
Biológicamente, los ácidos nucleicos como el ADN (ácidos desoxirribonucleicos) y el ARN (ácidos ribonucleicos) contienen la información genética y otros son material hereditario que se transfiere de una generación a otra. Incluso los aminoácidos son de gran importancia ya que ayudan en la producción de proteínas. Los ácidos grasos y sus derivados son grupos de ácidos carboxílicos que también juegan un papel importante.
Incluso el ácido clorhídrico, que es la parte del ácido gástrico secretado en el estómago de los animales, ayuda a hidrolizar proteínas y polisacáridos. Los ácidos también son útiles al actuar en el mecanismo de defensa, como en las hormigas que producen ácido fórmico, mientras que los pulpos producen un ácido negro llamado melanina.
Otros ácidos como el ácido láctico, vinagre, ácido sulfúrico, ácido cítrico que se encuentran en la naturaleza son conocidos por sus diferentes e importantes usos.
Las bases donan electrones y aceptan iones de hidrógeno o protones. Se puede decir que las bases son sustancias químicas justo opuestas a las del ácido, ya que en el agua la función de la base es reducir la concentración del ion hidronio (H3O+), mientras que el ácido actúa aumentando la concentración. Aunque se ve que algunos ácidos fuertes sirven también como bases. Las bases se miden entre el rango 7-14 en la escala del medidor de pH.
Sin embargo, existe mucha confusión entre bases y álcalis. Muchas bases no se disuelven en agua, pero si una base se disuelve en agua, se llama álcali. Cuando en una solución acuosa una base reacciona con un ácido y la solución se vuelve neutra, se llama reacción de neutralización.
Por ejemplo, el hidróxido de sodio es tanto una base como un álcali, ya que neutraliza los ácidos en cualquier reacción ácido-base; en segundo lugar, es soluble en agua. Por otro lado, el óxido de cobre es una base pero no un álcali ya que neutraliza el ácido en solución acuosa pero no se disuelve en agua.
Una base fuerte es un compuesto químico que se desprotona o elimina un protón (H+) de una molécula de un ácido muy débil en una reacción ácido-base. Los hidróxidos de metales alcalinos y alcalinotérreos como el hidróxido de sodio y el hidróxido de calcio respectivamente son ejemplos de base fuerte. La base débil es la sustancia que no se ioniza completamente en una solución acuosa, o su protonación es incompleta.
Concepto de Arrhenius: la sustancia que produce iones hidróxido (OH–) en una solución acuosa se llama base. Por ejemplo, el hidróxido de sodio (NaOH) se disocia en agua y da iones Na+ y OH–. Sustancias como LiOH, Ba(OH)2 y NaOH se pueden considerar bases de Arrhenius. Pero esta teoría se limitaba a las sustancias que contienen hidróxido en su fórmula y sólo era aplicable en soluciones acuosas. Debido a esto, surgió otro concepto llamado teoría de Bronsted-Lowry.
Concepto de Bronsted-Lowry: Según esta teoría, una sustancia que puede aceptar iones de hidrógeno (H+) o protones se conoce como base.
Base de Lewis: uno de los conceptos más aceptados, después del concepto de ácidos y bases de Bronsted-Lowry. Un átomo, una molécula o un ion con un par de electrones libres se puede decir que es una base de Lewis, ya que estas bases son nucleófilas. Significa que con la ayuda de un par solitario atacan la carga positiva de la molécula. NH3 es una base de Lewis. En otras palabras, podemos decir que una sustancia como el ion OH–, que puede donar un par de electrones no enlazantes, se denomina base de Lewis o donante de pares de electrones.
Las bases (hidróxido de sodio) se utilizan en la fabricación de papel, jabón y la fibra llamada rayón. El hidróxido de calcio se utiliza como polvo blanqueador. El hidróxido de magnesio se utiliza como ‘antiácido’ que se utiliza en el momento de la indigestión y para reducir el efecto de acceso al estómago producido. Las bases como el carbonato de sodio se utilizan como bicarbonato de sodio y para ablandar el agua dura. El hidrógeno de sodio también se utiliza en preparaciones de polvos para hornear, como bicarbonato de sodio y también en el extintor de incendios.
Las sustancias anfóteras son aquellas que tienen las características de un ácido y una base; incluso ellos son capaces de aceptar y donar un protón, como el agua.
Los siguientes son los puntos importantes que diferencian los ácidos de los de base:
Vale la pena tener una breve comprensión de algunos de los principios físicos y químicos básicos que están directa o indirectamente relacionados con la vida. Los ácidos y las bases son algunos de ellos. En el contenido anterior, los analizamos junto con sus propiedades. También discutimos las tres teorías importantes con algunos ejemplos. Concluimos que éstas son la parte importante de la vida y las utilizamos a menudo, no sólo en el laboratorio de química sino también en el trabajo diario.
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