viernes, 25 de junio de 2021

Introducción a los ácidos y bases

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El agua tiene una habilidad extraña, y es la de reaccionar consigo misma de manera reversible, liberando una cantidad igual de iones de hidrógeno (H+) e iones de hidróxido (OH-). Podemos determinar si una solución es ácida o básica al examinar la proporción de iones hidrógeno e hidróxido en la solución.

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Auto-reacción del agua líquida. Aunque el agua líquida se rompe, no lo hacen todas las moléculas, de hecho, la cantidad de moléculas que se disocian es poca con respecto a las formas iónicas generadas..

El jugo de limón, el vinagre, el jugo de tomate y el café son todas soluciones ácidas. Las soluciones ácidas tienen un sabor fuerte o agrio y, por lo tanto, a veces las asociamos con indigestión. ¿Qué tienen en común? Para un químico, los ácidos son sustancias que se disocian en el agua y liberan iones de hidrógeno (H+). Por ejemplo, un ácido importante es el ácido clorhídrico (HCl), que se disocia tal como se muestra en (3). Las soluciones ácidas tienen una mayor concentración de iones (H+) que los iones (OH-). La acidez de una sustancia depende de cuán completamente se disocia en el agua. El HCl se disocia casi por completo; por lo tanto, se llama un ácido fuerte. Si se agrega ácido clorhídrico a un vaso de precipitados de agua, la cantidad de iones de hidrógeno (H+) aumenta enormemente.

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Disociación de un ácido fuerte. Los ácidos liberan hidrógenos de carga positiva.

La leche de magnesia y el amoníaco son soluciones básicas (alcalinas) comunes con las que la mayoría de la gente está familiarizada. Las soluciones básicas tienen un sabor amargo y se sienten resbaladizas cuando están en el agua, y aunque la mayoría de sus propiedades son opuestos a los de los ácidos, si tienen en común con estos que queman al contacto con la piel cuando están muy concentradas. Para un químico, las bases son sustancias que absorben iones de hidrógeno (H+). La base más común es el grupo hidroxilo (OH-) que captura iones de hidrógeno para formar nuevamente agua. Al igual que los ácidos, la fuerza de una base está determinada por cuán completamente se disocia. La disociación del hidróxido de sodio está casi completa; por lo tanto, se llama una base fuerte, el amoniaco (NH3) por sí mismo es una base, por lo que también se le considera una base fuerte. Si se agrega hidróxido de sodio (NaOH) a un vaso de precipitados de agua, la cantidad de iones de hidróxido aumenta, y estos a su vez consumen iones de hidrógeno (H+) bajando la acidez. Muchas bases fuertes, como el amoníaco, son limpiadores domésticos útiles y muy comunes. El amoníaco tiene un símbolo de veneno y tiene una fuerte advertencia de no ingerir el producto. Ni los ácidos ni las bases concentrados deben probarse, porque son bastante destructivos para las células.

Tabla 1. Se considera ácida una sustancia con pH menor que 7; básica una con pH mayor que 7; y neutra las de pH 8.

 

La acidez es inversa al pH, entremenor es el valor de pH más ácida es la sustancia. Existen sustancias tan ácidas que sus pH son negativos.

El pH es una forma matemática de indicar el número de iones de hidrógeno (H+) en una solución. La escala de pH se usa para indicar la acidez o basicidad de una solución. La escala de pH varía de 0 a 14, aunque sustancias ácidas concentradas pueden dar valores negativos. Un pH de 7 representa un estado neutral en el que las concentraciones de iones de hidrógeno e hidróxido son iguales, como en el agua pura. Un pH por debajo de 7 es ácido porque la concentración de iones de hidrógeno, comúnmente expresada en corchetes como ([H+]), es mayor que la concentración de hidroxilo, ([OH-]). Un pH superior a 7 es básico porque ([OH-]) es mayor que ([H+]). Además, a medida que bajamos la escala de pH de pH 7 a pH 0, cada unidad tiene 10 veces la acidez ([H+]) de la unidad anterior. A medida que ascendemos en la escala de 7 a 14, cada unidad tiene 10 veces menos ([H+])de la unidad anterior.

La escala de pH se diseñó para eliminar el uso de números engorrosos o de notaciones científicas difíciles de entender. Por ejemplo, las concentraciones de iones de hidrógeno de varias soluciones se dan a la izquierda, y el pH está a la derecha en la Tabla 1

El efecto del pH en los organismos se ilustra dramáticamente por el fenómeno conocido como lluvia ácida. Cuando se queman los combustibles fósiles, se producen dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno, y se combinan con agua en la atmósfera para formar ácidos. Estos ácidos entran en contacto con organismos y objetos, lo que provoca daños o incluso la muerte. Los daños son generados debido a que el medio ácido tiene un efecto semejante a las altas temperaturas en las proteínas, es decir destruyen sus estructuras funcionales de manera irreversible, limitando las funciones vitales de las células no protegidas normalmente a un ambiente ácido.

Figura 28.  Acidez de algunas sustancias comunes. Diferentes sustancias en nuestra vida cotidiana tienden a tener valores propios de acidez, lo cual condiciona muchas de sus propiedades químicas.

Un amortiguador o buffer es un químico o una combinación de químicos que mantiene el pH dentro de los límites establecidos por el buffer. Los amortiguadores se resisten a los cambios de pH porque pueden absorber el exceso de iones de hidrógeno (H+) o iones de hidroxilo (OH-). En el cuerpo humano, el pH debe mantenerse dentro de un rango estrecho para mantener la homeostasis. Las enfermedades como la diabetes y la insuficiencia cardíaca congestiva pueden provocar una afección llamada acidosis, en la cual el cuerpo no puede amortiguar la producción excesiva de iones (H+). Si no se trata, la acidosis puede causar una serie de problemas de salud y puede provocar un coma o la muerte.

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