Reacción ácido-base, un tipo de proceso químico tipificado por el intercambio de uno o más iones de hidrógeno, H+, entre especies que pueden ser neutras (moléculas, como el agua, H2O; o el ácido acético, CH3CO2H) o cargadas eléctricamente (iones, como el amonio, NH4+; el hidróxido, OH-; o el carbonato, CO32-). También incluye el comportamiento análogo de moléculas e iones que son ácidos pero no donan iones de hidrógeno (cloruro de aluminio, AlCl3, y el ion plata AG+).
Martin Walker
¿Qué son los ácidos y las bases?
Los ácidos son sustancias que contienen uno o más átomos de hidrógeno que, en solución, se liberan como iones de hidrógeno con carga positiva. Un ácido en una solución acuosa tiene un sabor agrio, cambia el color del papel tornasol azul a rojo, reacciona con algunos metales (por ejemplo, el hierro) para liberar hidrógeno, reacciona con las bases para formar sales y promueve ciertas reacciones químicas (catálisis ácida). Las bases son sustancias que tienen un sabor amargo y cambian el color del papel tornasol rojo a azul. Las bases reaccionan con los ácidos para formar sales y promueven ciertas reacciones químicas (catálisis de las bases).
¿Cómo se miden los ácidos y las bases?
A los ácidos y las bases se les asigna un valor entre 0 y 14, el valor del pH, según sus fuerzas relativas. El agua pura, que es neutra, tiene un pH de 7. Una solución con un pH inferior a 7 se considera ácida, y una solución con un pH superior a 7 se considera básica, o alcalina. Los ácidos fuertes tienen una mayor concentración de iones de hidrógeno, y se les asignan valores más cercanos a 0. Por el contrario, las bases fuertes tienen mayores concentraciones de iones de hidróxido, y se les asignan valores más cercanos a 14. Los ácidos y las bases más débiles están más cerca del valor de pH de 7 que sus homólogos más fuertes.
¿Qué ocurre durante una reacción ácido-base?
¿Cómo se neutralizan (o anulan) los ácidos y las bases?
Diferentes reacciones producen diferentes resultados. Las reacciones entre ácidos fuertes y bases fuertes se descomponen más completamente en iones de hidrógeno (protones, iones con carga positiva) y aniones (iones con carga negativa) en el agua. En el caso de un ácido débil y una base débil, se considera más apropiado que la neutralización implique la transferencia directa de protones del ácido a la base. Si uno de los reactivos está presente en gran exceso, la reacción puede producir una sal (o su solución), que puede ser ácida, básica o neutra en función de la fuerza de los ácidos y las bases que reaccionan entre sí.
Los ácidos son compuestos químicos que presentan, en solución acuosa, un sabor fuerte, una acción corrosiva sobre los metales y la capacidad de teñir de rojo ciertos tintes vegetales azules. Las bases son compuestos químicos que, en solución, son jabonosos al tacto y vuelven azules los tintes vegetales rojos. Cuando se mezclan, los ácidos y las bases se neutralizan mutuamente y producen sales, sustancias con sabor salado y sin ninguna de las propiedades características de los ácidos o las bases.
La idea de que algunas sustancias son ácidos mientras que otras son bases es casi tan antigua como la química, y los términos ácido, base y sal aparecen muy pronto en los escritos de los alquimistas medievales. Los ácidos fueron probablemente los primeros en ser reconocidos, aparentemente por su sabor agrio. La palabra inglesa acid, la francesa acide, la alemana Säure y la rusa kislota derivan de palabras que significan agrio (latín acidus, alemán sauer, nórdico antiguo sūur y ruso kisly). Otras propiedades asociadas a los ácidos fueron su acción disolvente o corrosiva, su efecto sobre los tintes vegetales y la efervescencia que se producía cuando se aplicaban a la tiza (producción de burbujas de gas carbónico). Las bases (o álcalis) se caracterizaban principalmente por su capacidad para neutralizar los ácidos y formar sales, estas últimas tipificadas de forma bastante imprecisa como sustancias cristalinas solubles en agua y de sabor salino.
A pesar de su naturaleza imprecisa, estas ideas sirvieron para correlacionar una gama considerable de observaciones cualitativas, y muchos de los materiales químicos más comunes que encontraron los primeros químicos podían clasificarse como ácidos (ácido clorhídrico, sulfúrico, nítrico y carbónico), bases (sosa, potasa, cal, amoníaco) o sales (sal común, sal amoniaca, salitre, alumbre, bórax). La ausencia de una base física aparente para los fenómenos en cuestión dificultó el progreso cuantitativo en la comprensión del comportamiento ácido-base, pero la capacidad de una cantidad fija de ácido para neutralizar una cantidad fija de base fue uno de los primeros ejemplos de equivalencia química: la idea de que una determinada medida de una sustancia es, en cierto sentido químico, igual a una cantidad diferente de una segunda sustancia. Además, se descubrió muy pronto que un ácido podía ser desplazado de una sal con otro ácido, lo que permitió ordenar los ácidos en un orden aproximado de fuerza. También se vio pronto que muchos de estos desplazamientos podían tener lugar en cualquier dirección según las condiciones experimentales. Este fenómeno sugirió que las reacciones ácido-base son reversibles, es decir, que los productos de la reacción pueden interactuar para regenerar el material de partida. También introdujo el concepto de equilibrio en la química ácido-base: este concepto establece que las reacciones químicas reversibles alcanzan un punto de equilibrio, o balance, en el que los materiales de partida y los productos son regenerados cada uno por una de las dos reacciones tan rápidamente como son consumidos por la otra.
Además de su interés teórico, los ácidos y las bases juegan un gran papel en la química industrial y en la vida cotidiana. El ácido sulfúrico y el hidróxido de sodio se encuentran entre los productos fabricados en mayor cantidad por la industria química, y en un gran porcentaje de los procesos químicos intervienen ácidos o bases como reactivos o como catalizadores. Casi todos los procesos químicos biológicos están estrechamente relacionados con los equilibrios ácido-base en la célula o en el organismo en su conjunto, y la acidez o alcalinidad del suelo y del agua son de gran importancia para las plantas o los animales que viven en ellos. Tanto las ideas como la terminología de la química ácido-base han impregnado la vida cotidiana, y el término sal es especialmente común.