Contenido principal
Lecciones de química
Curso: Lecciones de química > Unidad 13
Lección 1: Ácidos, bases y pH- Ácidos y bases de Arrhenius
- Ácidos y bases de Arrhenius
- El pH, pOH y la escala de pH
- Ácidos y bases de Brønsted-Lowry
- Ácidos y bases de Brønsted–Lowry
- Autoionización del agua
- La autoionización del agua y la Kw
- Definición de pH
- Fuerza de los ácidos, tamaño de los aniones y energía de enlace
- Identificación de ácidos débiles y ácidos fuertes
- Identificación de bases débiles y bases fuertes
- Introducción a las reacciones ácido–base
© 2023 Khan AcademyTérminos de usoPolítica de privacidadAviso de cookies
Ácidos y bases de Brønsted-Lowry
Puntos más importantes
- Un ácido de Brønsted-Lowry es cualquier especie capaz de donar un protón, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript.
- Una base de Brønsted-Lowry es cualquier especie capaz de aceptar un protón, lo que requiere un par solitario de electrones para enlazarse a start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript.
- El agua es una sustancia anfótera, ya que puede actuar como un ácido de Brønsted-Lowry y como una base de Brønsted-Lowry.
- Los ácidos y bases fuertes se ionizan totalmente en solución acuosa, mientras que los ácidos y las bases débiles solo se ionizan parcialmente.
- La base conjugada de un ácido de Brønsted-Lowry es la especie que se forma después de que un ácido donó un protón. El ácido conjugado de una base de Brønsted-Lowry es la especie que se forma cuando una base acepta un protón.
- Las dos especies en un par ácido-base conjugado tienen la misma fórmula molecular, excepto que el ácido tiene un start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript extra en comparación con su base conjugada.
Introducción
En un artículo anterior sobre los ácidos y bases de Arrhenius, aprendimos que un ácido de Arrhenius es cualquier especie que puede aumentar la concentración de start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript en solución acuosa y una base de Arrhenius es cualquier especie que puede aumentar la concentración de start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript en solución acuosa. Una limitación importante de la teoría de Arrhenius es que solo podemos describir el comportamiento ácido-base en agua. En este artículo, analizaremos la teoría de Brønsted-Lowry, más general, que se aplica a una amplia gama de reacciones químicas.
Teoría de ácidos y bases de Brønsted-Lowry
La teoría de Brønsted-Lowry describe las interacciones ácido-base en términos de transferencia de protones entre especies químicas. Un ácido de Brønsted-Lowry es cualquier especie que puede donar un protón, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, y una base es cualquier especie que puede aceptar un protón. En cuanto a estructura química, esto significa que cualquier ácido de Brønsted-Lowry debe contener un hidrógeno que se puede disociar como start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript. Para aceptar un protón, una base de Brønsted-Lowry debe tener al menos un par solitario de electrones para formar un nuevo enlace con un protón.
Según la definición de Brønsted-Lowry, una reacción ácido-base es cualquier reacción en la cual se transfiere un protón de un ácido a una base. Podemos utilizar las definiciones de Brønsted-Lowry para discutir las reacciones ácido-base en cualquier disolvente, así como las que ocurren en fase gaseosa. Por ejemplo, consideremos la reacción del gas del amoniaco, start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, g, right parenthesis, con cloruro de hidrógeno gaseoso, start text, H, end text, start text, C, l, end text, left parenthesis, g, right parenthesis, para formar cloruro de amonio sólido, start text, N, H, end text, start subscript, 4, end subscript, start text, C, l, end text, left parenthesis, s, right parenthesis:
Esta reacción también puede representarse utilizando las estructuras de Lewis de los reactivos y productos, como se ve abajo:
En esta reacción, el start color #11accd, start text, H, end text, end color #11accd, start text, C, l, end text dona su protón (en azul) al start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript. Por lo tanto, el start text, H, C, l, end text está actuando como un ácido de Brønsted-Lowry. Como el start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript tiene un par solitario de electrones que utiliza para aceptar un protón, start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript es una base de Brønsted-Lowry.
Observa que según la teoría de Arrhenius, la reacción anterior no sería una reacción ácido-base, ya que en el agua ninguna especie forma start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript o start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript. Sin embargo, la química que involucra minusun protón que se transfiere de start text, H, C, l, end text a start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript para formar start text, N, H, end text, start subscript, 4, end subscript, start text, C, l, end textminus es muy similar a lo que ocurriría en la fase acuosa.
Para familiarizarnos más con estas definiciones, vamos a examinar algunos ejemplos.
Identificar bases y ácidos de Brønsted-Lowry
En la reacción entre el agua y el ácido nítrico, el ácido nítrico, start text, H, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript, dona un protón (en azul) al agua, de tal forma que actúa como un ácido de Brønsted-Lowry.
Puesto que el agua acepta el protón del ácido nítrico para formar start color #11accd, start text, H, end text, end color #11accd, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript, el agua actúa como una base de Brønsted-Lowry. Esta reacción favorece altamente la formación de productos, por lo que se dibuja la flecha de reacción solo hacia la derecha.
Ahora veamos una reacción que implica amoniaco, start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript, en agua:
En esta reacción, el agua donará uno de sus protones al amoniaco. Después de perder un protón, el agua se convierte entonces en ion hidróxido, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript. Puesto que en esta reacción el agua es el donante del protón, actúa como un ácido de Brønsted-Lowry. El amoniaco acepta un protón del agua para formar un ion amonio, start text, N, H, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, plus, end superscript. Por lo tanto, el amoniaco está actuando como una base de Brønsted-Lowry.
En las dos reacciones anteriores, vemos que por una parte el agua se comporta como una base de Brønsted-Lowry en la reacción con el ácido nítrico, y por otra como un ácido de Brønsted-Lowry en la reacción con el amoniaco. Debido a su capacidad tanto de aceptar como de donar protones, el agua se conoce como un anfótero o sustancia anfiprótica. Esto significa que puede actuar como un ácido de Brønsted-Lowry y también como una base de Brønsted-Lowry.
Ácidos fuertes y débiles: ¿disociarse o no disociarse?
Un ácido fuerte es una especie que, en solución acuosa, se disocia completamente en los iones que lo constituyen. El ácido nítrico es un ejemplo de un ácido fuerte. Se disocia completamente en agua para formar iones hidronio, start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript y nitrato, start text, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript. Cuando la reacción termina, no hay moléculas no disociadas de start text, H, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript en solución.
Por el contrario, un ácido débil no se disocia totalmente en los iones que lo constituyen. El ácido acético, start text, C, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, C, O, O, H, end text, es un ejemplo de ácido débil que encontramos en el vinagre. El ácido acético se disocia parcialmente en agua para formar los iones hidronio y acetato, start text, C, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, C, O, O, end text, start superscript, minus, end superscript:
Toma en cuenta que en esta reacción, tenemos flechas apuntando en ambas direcciones: \leftrightharpoons. Esto indica que la disociación del ácido acético es un equilibrio dinámico donde habrá una concentración significativa de moléculas de ácido acético presentes como moléculas start text, C, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, C, O, O, H, end text neutras, así como en forma de iones disociados, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript y start text, C, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, C, O, O, end text, start superscript, minus, end superscript.
Una pregunta frecuente es "¿cómo sabes cuando una sustancia es un ácido fuerte o un ácido débil?" ¡Excelente pregunta! La respuesta corta es que hay solo un puñado de ácidos fuertes y todo lo demás se considera como ácido débil. Una vez familiarizados con los ácidos fuertes más comunes, podemos identificar fácilmente los ácidos fuertes y los ácidos débiles en problemas de química.
La tabla siguiente contiene algunos ejemplos de ácidos fuertes comunes.
Ácidos fuertes más comunes
| Nombre | Fórmula |
|---|---|
| Ácido clorhídrico | start text, H, C, l, end text |
| Ácido bromhídrico | start text, H, B, r, end text |
| Ácido yodhídrico | start text, H, I, end text |
| Ácido sulfúrico | start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript |
| Ácido nítrico | start text, H, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript |
| Ácido perclórico | start text, H, C, l, O, end text, start subscript, 4, end subscript |
Bases fuertes y débiles
Una base fuerte es una base que se ioniza completamente en solución acuosa. Un ejemplo de una base fuerte es el hidróxido de sodio, start text, N, a, O, H, end text. En agua, el hidróxido de sodio se disocia totalmente para dar iones sodio e hidróxido:
Así, si preparamos una solución acuosa de hidróxido de sodio, solamente los iones start text, N, a, end text, start superscript, plus, end superscript y start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript están presentes en la solución final. No esperamos encontrar ninguna molécula no disociada de start text, N, a, O, H, end text.
Analicemos ahora una solución acuosa de amoniaco, start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript. El amoniaco es una base débil, por lo que se ioniza parcialmente en agua:
Algunas de las moléculas del amoniaco aceptan un protón del agua para formar iones de amonio e iones de hidróxido. De ahí resulta un equilibrio dinámico en el cual las moléculas de amoniaco continuamente intercambian protones con el agua, y los iones de amonio continuamente devuelven los protones al hidróxido. La principal especie presente en solución es el amoniaco no ionizado, start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript, ya que el amoniaco solo es capaz de quitarle protones al agua hasta cierto punto.
Entre las bases fuertes comunes se encuentran los hidróxidos de los grupos 1 y 2.
Las bases débiles comunes incluyen compuestos nitrogenados neutros tales como el amoniaco, la trimetilamina y la piridina.
Ejemplo 1: escribir una reacción acido-base con fosfato de hidrógeno
El fosfato de hidrógeno, start text, H, P, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, 2, minus, end superscript, puede actuar en solución acuosa como una base débil o como un ácido débil.
¿Cuál es la ecuación balanceada para la reacción del fosfato de hidrógeno que actúa como una base débil en agua?
Puesto que el fosfato de hidrógeno actúa como una base de Brønsted-Lowry, el agua se comporta como un ácido de Brønsted-Lowry. Esto significa que el agua dona un protón para generar hidróxido. La adición de un protón al fosfato de hidrógeno resulta en la formación de iones start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, P, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, minus, end superscript:
Puesto que en este ejemplo en particular, el fosfato de hidrógeno actúa como una base débil, es necesario utilizar flechas de equilibrio, \rightleftharpoons, en nuestra reacción general para mostrar que la reacción es reversible. Esto da la siguiente ecuación balanceada para la reacción del fosfato de hidrógeno que actúa como una base débil en solución acuosa:
¿Cómo podemos saber cuándo una sustancia como el fosfato de hidrógeno actúa como un ácido o una base? La respuesta corta es que, cuando hay diferentes reacciones posibles, las reacciones de equilibrio tienen también diferentes constantes de equilibrio. El equilibrio que será favorecido depende de factores como el pH de la solución y de las otras especies que existen en solución. Esta cuestión se abordará en más detalle cuando aprendamos sobre soluciones amortiguadoras y titulaciones.
Verificación de conceptos: ¿cómo sería nuestra ecuación balanceada si el fosfato de hidrógeno actuara como un ácido débil en solución acuosa?
Pares ácido-base conjugados
Ahora que entendemos los ácidos y bases de Brønsted-Lowry, podemos discutir el concepto final de este artículo: los pares ácido-base conjugados. En una reacción ácido-base de Brønsted-Lowry, un ácido conjugado es la especie que se forma después de que la base acepta un protón. Por el contrario, una base conjugada es la especie que se forma después de que un ácido dona su protón. Las dos especies en un par ácido-base conjugado tienen la misma fórmula molecular, excepto que el ácido tiene un start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript extra con respecto a su base conjugada.
Ejemplo 2: disociación de un ácido fuerte
Reconsideremos el ácido fuerte start text, H, C, l, end text que reacciona con agua:
En esta reacción, el start text, H, C, l, end text dona un protón al agua; por lo tanto, el start text, H, C, l, end text actúa como un ácido de Brønsted-Lowry. Después de que el start text, H, C, l, end text dona su protón se forma el ion start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript, que es la base conjugada de start text, H, C, l, end text.
Como el agua acepta un protón del start text, H, C, l, end text, el agua actúa como una base de Brønsted-Lowry. Cuando el agua acepta un protón, se forma start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript que es el ácido conjugado de start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text.
Cada par ácido-base conjugado en la reacción contiene un ácido de Brønsted-Lowry y una base de Brønsted-Lowry; el ácido y la base difieren solo por un protón. Generalmente, una reacción entre un ácido de Brønsted-Lowry y su base conjugada va a contener dos pares ácido-base conjugados.
Ejemplo 3: ionización de una base débil
Consideremos la reacción del amoniaco, una base débil, en agua:
El amoniaco acepta un protón del agua en esta reacción y así actúa como una base de Brønsted-Lowry. Al aceptar un protón del agua, el amoniaco forma el ion start text, N, H, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, plus, end superscript, que es su ácido conjugado.
El agua, al donar un protón al amoniaco, actúa como un ácido de Brønsted-Lowry. Después de que el agua dona su protón al amoniaco, se forma start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, que es la base conjugada del agua.
Puesto que el amoniaco es una base débil, el ion amonio puede devolver un protón al hidróxido para volver a formar amoniaco y agua. Así, existe un equilibrio dinámico. Esto siempre será cierto para las reacciones que involucran bases y ácidos débiles.
Resumen
- Un ácido de Brønsted-Lowry es cualquier especie capaz de donar un protón, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript.
- Una base de Brønsted-Lowry es cualquier especie capaz de aceptar un protón, lo que requiere un par solitario de electrones para enlazarse a start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript.
- El agua es una sustancia anfótera, ya que puede actuar como un ácido de Brønsted-Lowry y como una base de Brønsted-Lowry.
- Los ácidos y bases fuertes se ionizan totalmente en solución acuosa, mientras que los ácidos y las bases débiles solo se ionizan parcialmente.
- La base conjugada de un ácido de Brønsted-Lowry es la especie que se forma después de que un ácido dona un protón. El ácido conjugado de una base de Brønsted-Lowry es la especie que se forma cuando una base acepta un protón.
- Las dos especies en un par ácido-base conjugado tienen la misma fórmula molecular, excepto que el ácido tiene un start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript extra en comparación con su base conjugada.
Ejercicio 1: identificar reacciones ácido-base
De acuerdo con la teoría de Brønsted-Lowry, ¿cuáles de las siguientes son reacciones ácido-base?
Ejercicio 2: identificar los pares ácido-base conjugados
El ácido fluorhídrico, start text, H, F, end text, es un ácido débil que se disocia en agua según la siguiente ecuación:
¿Cuál es la base conjugada de start text, H, F, end text en esta reacción?
¿Quieres unirte a la conversación?
la reacción LiOH + HBr es una reaccion acido base de neutralizacion. el LiOH es una base fuerte y tiene electrones disponibles para atacar al h+ del acido.por lo tanto, es una base de bronsted(4 votos)
¿Por qué el hidróxido de sodio (NaOH) es una base de Brønsted-Lowry si no recibió ningún protón?(2 votos)
Hola. Y hmm creo que confundes un poco las cosas, hay que dejar en claro que no recibe un "protón" como tal, recibe un catión de hidrógeno.
Supongo que tu confusión es provocada por la terminología ambigua con respecto al isotopo del hidrogeno, protio que cuando adquiere carga positiva se le conoce como: Protón
Y es de ese isotopo del que se habla(3 votos)
- Cómo saber si un producto es ácido o base(1 voto)
Depende de qué haya pasado en tu reacción. Para eso son los pares ácido base conjugados.
Si tienes esta reacción:
HF + H2O -> H3O+ + F-
Aquí el HF dona su proton al H2O y se forma el ion H3O+, entonces al principio el HF seria un ácido y el H2O una base. Pero en los productos tienes H3O+ Y F-, en éstos el H3O puede donar un H al F- y sería entonces un ácido ( el ácido conjugado del H2O )
y el F- sería una base porque acepta el H (seria la bade conjugada del acido HF).(3 votos)
podemos reconocer a simple vista cual es un ACIDO O BASE en nuestra vida cotidiana(1 voto)- No, tienes de ejemplo: el ácido sulfúrico y el agua. El primero quema y el segundo no, y de que ambos son incoloros e inodoros, a pesar de que lucen muy parecidos.
Y así muchos otros ejemplos: ácido nítrico y orina. (el primero también quema)
Lo mejor es que aprendas algunas cosas de la naturaleza como referencia. Si buscas: "tabla de ph" en Google te salen muchos ejemplos(3 votos)