Por Kevin Beck Actualizado el 24 de marzo de 2022
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Si quieres tener éxito en química, necesitas entender los ácidos y las bases. No sólo debe comprender qué son estos compuestos y cómo se comportan en solución, sino también ser capaz de realizar cálculos simples de pH y comprender por qué el comportamiento de los ácidos fuertes simplifica los cálculos que involucran estas sustancias.
Para empezar debes saber que en química la concentración a menudo se expresa en moles por unidad de volumen, generalmente litros (mol/L), en lugar de unidades de masa por litro. El número de gramos en 1 mol de una sustancia se puede determinar a partir de las masas molares o pesos moleculares de sus átomos constituyentes, disponibles en la tabla periódica de elementos.
Un ácido es un compuesto que dona un protón en solución acuosa. Este protón a veces se representa en ecuaciones como un protón independiente (H+) o como un ion hidronio (un protón más agua:H3O+). El otro componente del ácido disuelto se llama base conjugada. La fórmula general para la disociación de un ácido es HA → H+ + A–, donde A– es la base conjugada.
Las bases, por otro lado, sirven como dobles de los ácidos:aceptan fácilmente protones, lo que equivale a donar iones hidróxido (OH–) en solución acuosa. El remanente de una base disociada se llama ácido conjugado. y suele ser un catión metálico como Na+.
El pH, o "poder del hidrógeno", es un valor generalmente (pero no matemáticamente) limitado al rango numérico de 0 a 14,0. Las soluciones ácidas tienen un pH bajo, las soluciones neutras (como el agua pura) tienen un pH de 7 y las soluciones básicas tienen valores de pH más altos.
Matemáticamente, el pH es simplemente el negativo del logaritmo en base 10 de la concentración de iones H+ (o H3O+):pH =–log10[H+]. Siempre que tengas una calculadora y tengas cuidado con tus potencias de 10, estos cálculos son sencillos.
Un ácido fuerte es aquel que cede fácilmente sus protones, y lo hace incluso cuando el pH ambiental es bajo, lo que significa que ya hay muchos protones flotando. Los ácidos débiles no ceden sus protones tan fácilmente y se disocian en un grado significativo sólo cuando el pH está más cerca de neutro. De manera similar, las bases fuertes liberan iones de hidróxido fácilmente incluso en soluciones de pH alto.
A las concentraciones de ácidos y bases se les puede asignar un valor:pK a, o la constante de disociación ácida , el valor de pH al que la mitad de un ácido ha donado sus protones mientras la otra mitad permanece en estado conjugado. (Las bases tienen, como habrás adivinado, valores de pKb). Por lo tanto, los ácidos más fuertes tienen valores de pKa más bajos.
El ácido clorhídrico, o HCl, es un ácido fuerte muy conocido y común. Los usos del ácido clorhídrico incluyen el abastecimiento de laboratorios de química en universidades y escuelas secundarias de todo el mundo, así como una serie de aplicaciones industriales y de fabricación.
Ejemplo:Calcule el pH de una solución 0,100 M de HCl.
Dado que el HCl es un ácido fuerte, se ioniza completamente, y el pH del HCl en solución se puede encontrar a partir de la concentración (molaridad) de los iones H+, por definición igual a 0,100 M. (La base conjugada del ácido, que es el ion cloruro Cl–, también tendría una concentración de 0,100 M).
Por tanto, el pH es –log(0,100) =1,000 .
Claramente, valores de molaridad más altos producirán valores de pH más bajos y, a la inversa, para el HCl (o cualquier ácido).
Si no tiene ganas de sacar una calculadora y quiere aprender sobre el comportamiento químico de algunos ácidos fuertes más, consulte la página en Recursos.
