4.12 : Ácidos, Bases y Reacciones de Neutralización

Una reacción ácido-base es aquella en la que un ion hidrógeno, H⁺, se transfiere de una especie química a otra. Estas reacciones son de importancia central para numerosos procesos naturales y tecnológicos, que van desde las transformaciones químicas dentro de las células, lagos y océanos  hasta la producción a escala industrial de fertilizantes, productos farmacéuticos y otras sustancias esenciales para la sociedad.

Hay varias maneras de definir un ácido. En el contexto de las soluciones acuosas, un ácido es una sustancia que se disuelve para producir iones de hidrógeno.

Esta es la definición de Arrhenius de un ácido, llamado así por el químico sueco Svante Arrhenius (1859–1927). Un ion hidrógeno, representado por el símbolo H⁺, se denomina protón. En solución, los protones se combinan químicamente con las moléculas de agua, a través de los pares solitarios de oxígeno, para formar iones de hidronio, H₃O⁺.

La ecuación química para la ionización de un ácido está escrita como

Los ácidos que reaccionan completamente con el agua son llamados ácidos fuertes. El HCl, HNO₃ y HBr son algunos ejemplos.

La mayoría de los ácidos que se encuentran en la vida cotidiana son ácidos débiles. El ácido cítrico en los frutos, el ácido acético en el vinagre y el ácido láctico en la leche son algunos ejemplos. Un ejemplo familiar de un ácido débil es el ácido acético, el ingrediente principal en el vinagre para alimentos. Cuando se disuelven en agua bajo condiciones típicas, sólo alrededor del 1% de las moléculas de ácido acético están presentes en forma ionizada, CH₃CO₂⁻. 

El uso de una flecha doble en la ecuación anterior indica el carácter de reacción parcial de este proceso.

Una base es una sustancia que se disuelve en agua para producir iones hidróxido, OH⁻. Las bases más comunes son los compuestos iónicos formados por cationes de metales alcalinos o alcalinotérreos (grupos 1 y 2) combinados con el ion hidróxido, por ejemplo, NaOH y Ca(OH)₂. A diferencia de los compuestos ácidos discutidos anteriormente, estos compuestos no reaccionan químicamente con el agua; en su lugar, se disuelven y se disocian, liberando iones hidróxido directamente en la solución. Por ejemplo, KOH y Ba(OH)₂ se disuelven en agua y se disocian completamente para producir cationes (K⁺ y Ba²⁺, respectivamente) e iones hidróxido, OH⁻. Estas bases, junto con otros hidróxidos que se disocian completamente en el agua, se consideran bases fuertes.

Considere la disolución del hidróxido de sodio en agua como un ejemplo:

Esta ecuación confirma que el hidróxido de sodio es una base. Cuando se disuelve en agua, el NaOH se disocia para producir iones Na⁺ e OH⁻. Esto también es cierto para cualquier otro compuesto iónico que contenga iones hidróxido. Dado que el proceso de disociación es esencialmente completo cuando los compuestos iónicos se disuelven en agua en condiciones típicas, el NaOH y otros hidróxidos iónicos se clasifican como bases fuertes.

A diferencia de los hidróxidos iónicos, algunos compuestos producen iones hidróxido cuando se disuelven al reaccionar químicamente con moléculas de agua. En todos los casos, estos compuestos reaccionan sólo parcialmente y por lo tanto se clasifican como bases débiles. Estos tipos de compuestos también son abundantes en la naturaleza y son importantes productos básicos en diversas tecnologías. Por ejemplo, la producción mundial de la base débil amoníaco suele ser más de 100 toneladas métricas al año porque se utiliza ampliamente como fertilizante agrícola, como materia prima para la síntesis química de otros compuestos y como ingrediente activo en los limpiadores domésticos. Cuando se disuelve en agua, el amoníaco reacciona parcialmente para producir iones hidróxido, como se muestra a continuación:

Esta es, por definición, una reacción ácido-base que implica la transferencia de iones H⁺ de moléculas de agua a moléculas de amoníaco. En condiciones normales, sólo alrededor del 1% del amoníaco disuelto está presente como iones NH₄⁺ .

Una reacción de neutralización es un tipo específico de reacción ácido-base en la cual los reactantes son un ácido y una base (pero no agua), y los productos son a menudo sal y agua: 

Para ilustrar una reacción de neutralización, considere lo que ocurre cuando se ingiere un antiácido típico como la leche de magnesia (una suspensión acuosa de Mg(OH)₂ sólido) para aliviar los síntomas asociados con el exceso de ácido estomacal (HCl):

Tenga en cuenta que, además del agua, esta reacción produce una sal, cloruro de magnesio. El H⁺ (ac) del ácido (fuerte o débil) se combina con el OH⁻ (ac) de la base (o producido por la reacción de una base débil con agua) para formar H₂O (l). Por ejemplo, la reacción entre las soluciones acuosas de HCl (ácido fuerte) y NaOH (base fuerte) se escribe de la siguiente manera:

Tanto el HCl como el NaOH se someten a una ionización del 100%. La ecuación iónica completa, por lo tanto, puede ser escrita como:

El Cl^- y el Na⁺ se llaman los iones espectadores, que se cancelan, dando la ecuación iónica neta como: 

Este texto ha sido adaptado de OpenStax Química 2e, Sección: 4.2: Clasificación de las Reacciones Químicas.