Definiciones históricas de los ácidos y bases

Desde hace ya mucho tiempo se conocen y usan sustancias de características especiales que son de gran interés práctico los cuales son conocidos en la actualidad  como ácidos y bases, los cuales son definidos como reactivos químicos muy comunes, a los cuales se le puede desarrollar gran parte de sus compuesto químicos en medios acuosos.

Existen unas reacciones en las que participan los ácidos y bases, denominadas ácido-base, las cuales para poder estudiarlas se deben aplicar los principios del equilibrio químico a disoluciones, en este tipo de reacciones existe una sustancia que juega un papel muy importante, la cual se denomina disolvente, puesto a que los ácidos y bases suelen intercambiar protones con el mismo, gracias a esto estas también se pueden denominar como las reacciones de intercambio de protones.

En épocas antiguas ya se conocía que algunos alimentos como el vinagre y el limón, tienen un característico sabor ácido, aunque no fue hasta hace unos pocos siglos que se el porqué de su peculiar sabor. La palabra ácido en realidad proviene de la antigua lengua el latín, exactamente de su término “acidus” que se traduce como agrio.

¿Qué son los ácidos?

Este se denomina como todo compuesto químico que al pasar por un proceso de disolución en agua produce una solución con una actividad de catión de hidronio mayor que la misma agua en su estado más puro, en esta situación se presenta un pH menor que 7.

Toda sustancia química que posea las propiedades de un ácido, se les denomina como sustancias ácidas.

Características de los ácidos

Entre las propiedades y las características más importantes de los ácidos están las siguientes.

• Poseen la cualidad de reaccionar con sustancias denominadas base, con la finalidad de formar sal más agua.
• Son extremadamente corrosivos debido a sus componentes.
• Funcionan como excelentes conductores de electricidad en ambientes húmedos, o acuosos.
• Poseen un peculiar sabor ácido o agrio, un ejemplo de esto podrían ser los alimentos que contienen ácido cítrico como las naranjas, las limas, las toronjas, el limón, entre otros.
• Pueden reaccionar con óxidos metálicos para formar sal más agua, al igual que la reacción que hacen con las sustancias bases.
• En algunos casos pueden ser nocivos, e incluso producir quemaduras en la piel.
• Posee la capacidad de generar sal e hidrógeno mediante un proceso de reacción con los metales activos.
• Tiene cualidades que hacen que la fenolftaleína, y a su vez puede hacer que el papel tornasol cambie de colores, por ejemplo de anaranjado a roja, y de azul a rosado.

¿Qué son las Bases?

Esta también es conocida como álcali, cuya procedencia es del idioma Araba, exactamente de la palabra “Al-Qaly”, se denominan como todas aquellas sustancias que posean propiedades alcalinas, aunque también se puede determinar como cualquier solución que al someterse a una solución acuosa presenta iones al medio.

Características de las bases

Boyle determino que estas sustancias son todas aquellas que posean las siguientes propiedades.

• Al tacto se puede hacer notar que son de carácter jabonoso.
• Se caracterizan por su distinguido sabor amargo.
• Tienen la habilidad de reaccionar con los ácidos, con la finalidad de generar sal y más agua.
• Pueden hacer que el papel tornasol cambie de color rojo a azul.
• Son solubles en agua, sobre todo si se habla de los hidróxidos.
• La gran mayoría de estas sustancias denominadas como base son nocivas para la piel humana, debido a que poseen características que dañan los tejidos.

Aunque Boyle y otros grandes químicos intentaron en varias oportunidades explicar porque los ácidos y bases se comportan de tal manera, la primera definición de los ácidos y las bases no fue aceptada sino hasta 200 años después.

Reacciones ácido-base

También conocida como la reacción de neutralización, se denomina como una reacción química que sucede entre un ácido y una base que da como resultado sal y agua. Cabe destacar que la palabra sal describe cualquier compuesto que tenga características iónicas, cuyo catión provenga de una determinada base.

Las reacciones de neutralización, en las cuales siempre debe existir la presencia de ácidos y bases, son en la mayoría de las veces exotérmicas, lo que refiere que estas liberan energía en sus procesos, a esta reacción se le llama como neutralizadora porque al combinarse un ácido con una base, estos se neutralizan mutuamente, dejando sus propiedades nulas.

Practica de la reacción ácido-base

Para comenzar con un proceso de reacción neutralizante es necesario tener un matraz Erlenmeyer, en la cual se colocara una solución de ácido clorhídrico, y a su vez se añaden unas gotas de indicador fenolftaleína, este se torna de color rosa en un medio base, pero cuando este se encuentra en un medio ácido no presenta ningún color, por lo que es incoloro.

Los neutralizantes de ácidos y bases se producen por igual, es decir “equivalente-equivalente”, esto quiere referirse a que un equivalente de ácido siempre va a ser completamente neutralizado por un equivalente de cualquier tipo de base.

Luego del proceso anterior sigue la colocación en una bureta de una solución de hidróxido de sodio para luego abrir la llave cautelosamente y lentamente, cuando este se encuentre cayendo poco a poco, este va a ir reaccionando con el ácido clorhídrico para conseguir formar agua y cloruro de sodio, esto tiene como efecto que el PH aumente, y que los niveles de ácido disminuyan.

Una vez que ya se haya agotado todo el ácido, la siguiente gota de base se añade a una disolución básica, teniendo como efecto que el indicador se vuelva de color rosado, esto sirve para percatarse de que se ha logrado neutralizar el ácido por completo.

Generalmente la masa de un equivalente gramo se determina teniendo en cuenta el tipo de sustancia, esto se debe a que las sustancias son diferentes, teniendo cada una sus propias características, por ejemplo no es lo mismo el cálculo de una sal, que el de un ácido, también considerando el tipo de reacción que se esté haciendo, puesto que dependiendo del tipo de la reacción las dimensiones de las sustancias son diferentes, por lo que no se pueden reutilizar los cálculos.

La masa molar de un ácido dividida entre el número de hidrógenos disociables del mismo es igual a la masa de un equivalente gramo de un ácido determinado.

El tipo de base más común entre todos los existentes es el hidróxido, y su equivalente gramo se determina dividiendo la masa molar del mismo entre el número de grupos OH del hidróxido.

El volumen de estas reacciones se calcula mediante una fórmula, la cual permite neutralizar un ácido dado de una base viene siendo esta: Na * Va = Nb * Va, siendo los primeros las propiedades del ácido y los restantes las propiedades de la base.

Para poder calcular la normalidad de una disolución de un ácido se tiene que proceder de la siguiente manera: normalidad=molaridad.

Importancia de la reacción ácido-base

Tienen una importancia muy relevante en cuanto a su habilidad como técnicas de análisis cuantitativo de volúmenes, cuyos procesos son determinados como valoraciones ácido-base.

Para realizar estas reacciones se suelen utilizar una disolución indicadora, las cuales sirven como guía para conocer el punto de neutralización, y como se va desarrollando, aunque también existen algunos procesos electroquímicos para poder realizar determinadas tareas.

Se pueden mostrar tres tipos de reacciones que se dividen basados en las características de los ácidos y bases, sobre todo en si estos son débiles o fuertes, como lo son las siguientes.

Reacción de un acido y base débiles

En estas se puede observar que el catión de la base, y el anión del ácido sufren una hidrólisis, por lo que su PH es igual a >7 si el ácido es más débil, y si la base es más débil es <7.

Reacción entre una base fuerte y un ácido débil

En este caso se puede observar como solo el anión del ácido sufre una hidrólisis, por lo que el PH de este queda en <7.

Reacción entre una base débil y un ácido fuerte

En este tipo de reacción solo se observa como el catión de la base sufre una hidrólisis, por lo que el PH en esta queda en >7.

Para poder elegir cuál es el indicador perfecto para cada tipo de reacción es necesario conocer como quedará el PH final, para poder efectuar el cálculo del punto de equivalencia correctamente.

Definiciones históricas de la reacción ácido-base

Existieron muchas definiciones de este proceso de reacción entre ácidos y bases, la importancia de los mismos se pone de manifiesto según la capacidad de análisis que contenga cada uno, y más cuando se aplica a reacciones neutralizantes con sustancias liquidas o gaseosas, o cuando los caracteres y propiedades de los ácidos y las bases suelen ser menos evidentes.

Definición de Antoine Lavoisier

El conocimiento que tenía Lavoisier estaba restringido a los ácidos fuertes en un principio, por ser más específicos a los oxácidos los cuales llegan a tener un alto estado de oxidación en sus átomos centrales, que a su vez estaban rodeados de átomos de oxígeno, sin embargo este no tenía pleno conocimiento en cuestión de los ácidos hidrácidos, logró establecer a los ácidos determinándolos como el oxígeno contenido, para esto tuvo que guiarse del antiguo griego para nombrar a este formador de ácidos.

Esta teoría o definición estuvo situada como la más importante durante un increíble tiempo de 30 años, sin embargo en 1810 se publicó un artículo que demostraba algunas contradicciones con bases y fundamentos, que hicieron que la definición de Lavoisier perdiera credibilidad.

Definición de Bronsted-Lowry  

Esta definición fue formulada independientemente en el año 1923, cuyas bases se pueden notar en la protonación de las bases, mediante el proceso de desprotonación de los ácidos, lo que se puede definir para su mayor entendimiento como la capacidad que tienen los ácidos para poder donarle cationes hidrógeno a las bases, quienes proceden a aceptar este procedimiento.

Esta tiene una gran diferencia con la definición de Arrhenius, debido a que no consta en la formación de agua y sal, sino más bien en la de ácidos y bases conjugados, que son logrados mediante la transferencia de un protón que puede hacer un ácido para entregárselo a una base.

En esta definición se puede observar un cambio drástico en los términos con los que se conocen a los ácidos y bases, debido a que un ácido es conocido como un compuesto que tiene la capacidad de donar un protón, mientras que las bases son todas aquellas sustancias capacitadas para poder recibir el protón, como consecuencia de esto, se puede decir que una reacción ácido-base es la eliminación de un catión de hidrógeno del ácido, y por defecto la adición de este a la base.

Este proceso quiere referirse a la eliminación de un protón del núcleo de un átomo, dicho proceso no es muy fácil de conseguir, ya que con la simple disociación de los ácidos no basta, sino más bien se tiene que proceder con la eliminación de un catión de hidrógeno.

Definición de Lewis

Esta definición comprende los fundamentos de la teoría de Bronsted-Lowry así como el concepto que este propuso para el sistema disolvente, esta teoría se postuló en el año 1923 por el químico Gilbert Lewis.

Lewis en esta definición propone una base, a la que bautizó “la base de Lewis” el cual tiene la capacidad de donar un par electrónico y a los ácidos como “el ácido de Lewis” siendo este el respectivo receptor de dicho par electrónico. Esta definición es completamente distinta a las propuestas y postuladas anteriormente, debido a que no mencionan que los ácidos y bases se miden con protones o de alguna sustancia enlazada.

Este suponía en su teoría que el anión era el ácido, y el catión era la base que tiene un par electrónico no compartido, si se usa esta definición, se podría comprender a la reacción acido-base como la donación directa de un par electrónico proviene del anión, entregándolo al catión, logrando formar un enlace covalente coordinado. Esta combinación es conocida como la formación del compuesto más vital para la vida, el agua.

Definición de Liebig

Esta fue propuesta en el año 1828, unas décadas más tarde que la de Lavoisier, esta teoría fue fundamentada en su extensa obra acerca de la composición química de los ácidos orgánicos. Antes de esta definición existía una distinción doctrinal la cual fue iniciada por Davy, la cual se centraba más que nada en los ácidos basados en el oxígeno, y los ácidos basados en hidrógeno.

Según Liebig un ácido se puede definir como una sustancia que contiene en sí misma hidrógeno, y que incluso puede ser reemplazada, o cambiada por un metal. Esta teoría a pesar de basarse más que todo en métodos empíricos, logro estar en vigencia durante 5 décadas.

Definición de Arrhenius

El químico sueco Svante Arrhenius buscaba modernizar los términos y definiciones que se le habían dado a la reacción que sucedía entre los ácidos y bases, a su vez buscaban simplificar los términos de esta.

En el año 1884 realizó un trabajo en conjunto con Friedrich Wilhelm en el que lograron establecer la presencia de iones en una solución acuosa, debido a la importancia que tuvo determinado trabajo a Arrhenius se le otorgó la prodigiosa oportunidad de recibir un premio nobel de química en el año 1903.

La tradicional definición de ácido-base de carácter acuosa se pude describir como la peculiar formación del componente conocido como agua a partir de los iones de hidroxilo e hidrogeno, o también como la formación de estos a partir de la disociación de ácidos y una base en disolución acuosa.

Definición de Pearson (duro-blando)

Esta definición postulada por Ralph Pearson en 1963 aunque se desarrolló con más fuerza en el año 1984 con el apoyo del trabajo de Robert Parr, cuyo nombre es el de reacción .ácido-base duro-blando, estos adjetivos se usan de la siguiente manera, Blando se usa para referirse a las especias más grandes, los cuales poseen bajos  estados de oxidación, y son fuertemente polarizados, Duro se utiliza para referirse a las especies más pequeñas, y se caracterizan por tener estados más altos de oxidación.

Esta definición se ha visto muy útil para los procesos de la química orgánica e inorgánica, y sus principales prácticas indican que los ácidos y bases pueden interactuar entre si, y las que son más comunes son las reacciones de compuestos que poseen los mismos rasgos, como por ejemplo blando-blando, o duro-duro.

Esta teoría, también es conocida como la definición ABDB, la cual resulta muy útil para predecir los productos de reacciones de metátesis. En la actualidad se ha comprobado que esta reacción puede demostrar la sensibilidad y el desempeño de los materiales explosivos.

Esta teoría se basa más en las características cualitativas, que las cuantitativas, los cuales ayudan a comprender de una manera más sencilla a los factores predominantes de la química y las reacciones.

Definición de Usanovich

Mikhail Usanovich un químico ruso también realizó una definición de lo que implica a la reacción ácido-base, y se puede decir que esta es la más generalizada de todas, en la cual se determina que los ácidos son todas aquellas sustancias químicas que son capaces de aceptar especies negativas, o que en su defecto dona especies positivas, siendo el concepto de la base dado por Usanovich, todo lo contrario a las de los ácidos.

La reacción de ácidos y bases propuesta por este químico ruso coincide con otra reacción química, conocida como la “reacción redox” la cual implica una reacción oxidación-reducción, por lo que no cuenta con el favor de los químicos.

La mayoría de las reacciones propuestas se basan en formación y ruptura de enlaces, pero la redox, y la de Usanovich se fijan mas como procesos de de transferencia electrónica física, lo que provoca que la distinción entre estos dos sea totalmente difusa.

Definición de Lux-Flood

Esta definición es generalmente usada en la geoquímica y la electroquímica modernas de sale fundidas, cuya postulación se hizo en el año 1939 por un químico alemán conocido como Hermann Lux, y fue desarrollada nuevamente consiguiendo una mejora significativa en 1947 por el químico Hakon Flood, por esta razón se le conoce a esta reacción por los dos apellidos de los mismos.

En esta se puede apreciar unos conceptos de ácidos y bases muy peculiares, siendo la base un donante de aniones óxido, mientras que los ácidos son los receptores de dichos aniones.

Definición de sistema disolvente

Esta definición es muy importante conocerla con relación a este tema, ya que varios de los químicos que han realizando sus teorías con el pasar de los años, han comentado en ocasiones el sistema disolvente, el cual se basa en una generalización de la definición de Arrhenius expuesta anteriormente.

Existe una cierta cantidad de especies positivas en la mayoría de estos disolventes, conocidos como cationes solvonio, y en su defecto también poseen especies negativas como lo son los aniones solvonio, los cuales se encuentran en un estado de equilibrio con las moléculas neutras del disolvente.

En esta definición se puede describir a la base como un soluto que ocasiona un aumento en la concentración de cationes solvonio, mientras que los ácidos son los que causan una disminución en los aniones solvonio.

Esta definición depende tanto del compuesto como del disolvente, por lo que dependiendo del disolvente que se elija, el compuesto puede tener la habilidad de cambiar su propio comportamiento.

Resulta muy interesante como los diferentes químicos de distintas partes del mundo, y distintas épocas hablaron y propusieron cada uno una definición diferente sobre el mismo tema, y a su vez esto resulta muy importante para el estudio y la historia de la química, debido a que juntando todos estos términos se ha logrado conocer aún mejor todos los aspectos considerados sobre los ácidos y bases y sus reacciones neutralizantes.