En 1661 Robert Boyle resumió las propiedades de los ácidos de la siguiente manera.
1. Los ácidos tienen un sabor agrio.
2. Los ácidos son corrosivos.
3. Los ácidos cambian el color de ciertos colorantes vegetales, como el tornasol, de azul a rojo.
4. Los ácidos pierden su acidez cuando se combinan con los álcalis.
El nombre “ácido” proviene del latín acidus , que significa “agrio”, y se refiere al fuerte olor y sabor agrio de muchos ácidos.
Ejemplos: el vinagre tiene un sabor agrio porque es una solución diluida de ácido acético en agua. El jugo de limón tiene un sabor agrio porque contiene ácido cítrico. La leche se agria cuando se echa a perder porque se forma ácido láctico, y el olor agrio y desagradable de la carne podrida o la mantequilla se puede atribuir a compuestos como el ácido butírico que se forman cuando la grasa se echa a perder.
En 1661 Boyle resumió las propiedades de los álcalis de la siguiente manera.
- Los álcalis se sienten resbaladizos.
- Los álcalis cambian el color del tornasol de rojo a azul.
- Los álcalis se vuelven menos alcalinos cuando se combinan con ácidos.
En esencia, Boyle definió los álcalis como sustancias que consumen o neutralizan ácidos. Los ácidos pierden su sabor ácido característico y su capacidad para disolver metales cuando se mezclan con álcalis. Los álcalis incluso revierten el cambio de color que ocurre cuando el tornasol entra en contacto con un ácido. Eventualmente los álcalis se hicieron conocidos como bases porque sirven como la “base” para producir ciertas sales.
En 1884, Svante Arrhenius sugirió que las sales como el NaCl se disocian cuando se disuelven en agua para dar partículas que él llamó iones .
Tres años más tarde, Arrhenius extendió esta teoría al sugerir que los ácidos son compuestos neutros que se ionizan cuando se disuelven en agua para dar iones H + y un ion negativo correspondiente. Según su teoría, el cloruro de hidrógeno es un ácido porque se ioniza cuando se disuelve en agua para dar iones de hidrógeno (H +) y cloruro (Cl-) como se muestra en la figura a continuación. H2O + HCl ( g ) ——-> H + ( aq ) + Cl- ( aq )
Arrhenius argumentó que las bases son compuestos neutros que se disocian o ionizan en agua para dar OH
–
iones y un ion positivo. NaOH es una base de Arrhenius porque se disocia en agua para dar el hidróxido (OH
–
) y sodio (Na
+
) iones.
H
2
O
NaOH ( s )
N / A
+
( aq ) + OH
–
( aq )
Por lo tanto, un ácido de Arrhenius es cualquier sustancia que se ioniza cuando se disuelve en agua para dar el H
+
, o hidrógeno, ion.
Una base de Arrhenius es cualquier sustancia que da OH
–
, o hidróxido, ion cuando se disuelve en agua.
Los ácidos de Arrhenius incluyen compuestos como HCl, HCN y H
2
ENTONCES
4 4
que se ionizan en agua para dar el H
+
ion. Las bases de Arrhenius incluyen compuestos iónicos que contienen el OH
–
ion, como NaOH, KOH y Ca (OH)
2
.
Esta teoría explica por qué los ácidos tienen propiedades similares: las propiedades características de los ácidos resultan de la presencia de H
+
ion generado cuando un ácido se disuelve en agua. También explica por qué los ácidos neutralizan las bases y viceversa. Los ácidos proporcionan la H
+
ion; bases proporcionan el OH
–
ion; y estos iones se combinan para formar agua.
H
+
( aq ) + OH
–
( aq )
H
2
O ( l )
La teoría de Arrhenius tiene varias desventajas.
- Se puede aplicar solo a las reacciones que ocurren en el agua porque define ácidos y bases en términos de lo que sucede cuando los compuestos se disuelven en agua.
- No explica por qué algunos compuestos en los que el hidrógeno tiene un número de oxidación de +1 (como el HCl) se disuelven en agua para dar soluciones ácidas, mientras que otros (como el CH4) no.
- Solo los compuestos que contienen el ion OH pueden clasificarse como bases de Arrhenius. La teoría de Arrhenius no puede explicar por qué otros compuestos (como Na2CO3) tienen las propiedades características de las bases.
El papel de H
+
y OH
–
Iones en la química de soluciones acuosas
Debido a que el oxígeno ( EN = 3.44) es mucho más electronegativo que el hidrógeno ( EN = 2.20), los electrones en el H
Los enlaces O en el agua no son compartidos por igual por los átomos de hidrógeno y oxígeno. Estos electrones son atraídos hacia el átomo de oxígeno en el centro de la molécula y lejos de los átomos de hidrógeno en cada extremo. Como resultado, la molécula de agua es polar . El átomo de oxígeno lleva una carga negativa parcial (
-), y los átomos de hidrógeno llevan una carga positiva parcial (
+).
Cuando se disocian para formar iones, las moléculas de agua forman un H cargado positivamente
+
ion y un OH cargado negativamente
–
ion.
La reacción opuesta también puede ocurrir
H
+
los iones se pueden combinar con OH
–
iones para formar moléculas de agua neutras.
El hecho de que las moléculas de agua se disocian para formar H
+
y OH
–
Los iones, que luego pueden recombinarse para formar moléculas de agua, se indican mediante la siguiente ecuación.
¿En qué medida se disocia el agua para formar iones?
A 25 ° C, la densidad del agua es 0.9971 g / cm
3
o 0.9971 g / mL. La concentración de agua es por lo tanto 55.35 molar.
La concentración de la H
+
y OH
–
iones formados por la disociación de H neutral
2
Las moléculas de O a esta temperatura son solo 1.0 x 10
-7
prostituta. La relación de la concentración de H
+
(o OH
–
) ion a la concentración del neutro H
2
O moléculas es por lo tanto 1.8 x 10
-9
.
En otras palabras, solo alrededor de 2 partes por billón (ppb) de las moléculas de agua se disocian en iones a temperatura ambiente. La siguiente figura muestra un modelo de 20 moléculas de agua, una de las cuales se ha disociado para formar un par de H
+
y OH
–
iones Si esta ilustración fuera una fotografía de muy alta resolución de la estructura del agua, encontraríamos un par de H
+
y OH
–
iones en promedio de solo una vez por cada 25 millones de tales fotografías.
La definición operacional de ácidos y bases
El hecho de que el agua se disocia para formar H
+
y OH
–
Los iones en una reacción reversible son la base para una definición operativa de ácidos y bases que es más poderosa que las definiciones propuestas por Arrhenius. En un sentido operacional, un ácido es cualquier sustancia que aumenta la concentración de H
+
ion cuando se disuelve en agua. Una base es cualquier sustancia que aumenta la concentración de OH
–
ion cuando se disuelve en agua.
Estas definiciones vinculan la teoría de ácidos y bases a una simple prueba de laboratorio para ácidos y bases. Para decidir si un compuesto es un ácido o una base, lo disolvemos en agua y probamos la solución para ver si el H
+
o OH
–
La concentración de iones ha aumentado.
Ácidos y bases típicos
Las propiedades de los ácidos y las bases resultan de las diferencias entre la química de los metales y los no metales, como se puede ver en la química de estas clases de compuestos: hidrogno, óxidos e hidróxidos.
Los compuestos que contienen hidrógeno unido a un no metal se denominan hidruros no metálicos . Debido a que contienen hidrógeno en el estado de oxidación +1, estos compuestos pueden actuar como una fuente de H
+
ion en agua.
Los hidruros metálicos , por otro lado, contienen hidrógeno unido a un metal. Debido a que estos compuestos contienen hidrógeno en un estado de oxidación -1, se disocian en agua para dar el H
–
(o hidruro) ion.
El h
–
El ion, con su par de electrones de valencia, puede abstraer un H
+
ion de una molécula de agua.
Desde la eliminación de H
+
iones de moléculas de agua es una forma de aumentar el OH
–
concentración de iones en una solución, los hidruros metálicos son bases.
Se puede encontrar un patrón similar en la química de los óxidos formados por metales y no metales. Los óxidos no metálicos se disuelven en agua para formar ácidos. CO
2
se disuelve en agua para dar ácido carbónico, SO
3
da ácido sulfúrico y P
4 4
O
10
reacciona con agua para dar ácido fosfórico.
Los óxidos metálicos , por otro lado, son bases. Los óxidos metálicos contienen formalmente el O
2-
ion, que reacciona con el agua para dar un par de OH
–
iones
Por lo tanto, los óxidos metálicos se ajustan a la definición operativa de una base.
Vemos el mismo patrón en la química de los compuestos que contienen
OH, o hidróxido, grupo. Hidróxidos metálicos , como LiOH, NaOH, KOH y Ca (OH)
2
, son bases.
Los hidróxidos no metálicos , como el ácido hipocloroso (HOCl), son ácidos.
La siguiente tabla resume las tendencias observadas en estas tres categorías de compuestos. Los hidruros metálicos, los óxidos metálicos y los hidróxidos metálicos son bases. Los hidruros no metálicos, los óxidos no metálicos y los hidróxidos no metálicos son ácidos.
Ácidos y bases típicos
Ácidos
Bases
Hidruros no metálicos
HF, HCl, HBr, HCN,
HSCN, H
2
S
Hidruros Metálicos
Hola, LiH, NaH
KH, MgH
2
, CaH
2
Óxidos no metálicos
CO
2
, ENTONCES
2
, ENTONCES
3
,
NO
2
, PAG
4 4
O
10
Óxidos metálicos
Li
2
En un
2
OKAY
2
Oh
MgO, CaO
Hidróxidos no metálicos
HOCl, HONO
2
,
O
2
SOL)
2
, OP (OH)
3
Hidróxidos Metálicos
LiOH, NaOH, KOH,
Ca (OH)
2
, Ba (OH)
2
Los átomos de hidrógeno ácidos en los hidróxidos no metálicos en la tabla anterior no están unidos a los átomos de nitrógeno, azufre o fósforo. En cada uno de estos compuestos, el hidrógeno ácido está unido a un átomo de oxígeno. Estos compuestos son, por lo tanto, todos ejemplos de oxiácidos.
Las estructuras esqueléticas para ocho oxiácidos se dan en la figura a continuación. Como regla general, los ácidos que contienen oxígeno tienen estructuras esqueléticas en las que los hidrógenos ácidos se unen a los átomos de oxígeno.
