En esta lección
- Video de la lección (próximamente)
- Apuntes de la lección
- Ejemplos resueltos
- Ideas clave
- Alineación con AP
Llévatelo
- Diapositivas de la lección (en inglés) (PDF)
- Hoja de práctica (próximamente)
Pregunta esencial
¿Qué hace que algo sea un ácido o una base?
Seguramente has oído que los ácidos son agrios y las bases son resbalosas, pero los químicos necesitan una definición a nivel de partículas. Al terminar esta lección, deberías poder identificar ácidos, bases y pares conjugados siguiendo un solo protón.
El video de la lección llegará pronto. Mientras tanto, lee la lección a continuación.
Ácidos y bases de Brønsted-Lowry
- Ácido: donador de protones (H+)
- Base: aceptor de protones (H+)
- El H+ es solo un protón.
Un átomo de hidrógeno tiene un protón y un electrón. Si le quitas el electrón, solo queda un protón, así que “H+” significa un protón. Todas las reacciones ácido-base de este curso son solo un protón que pasa de un ácido a una base.
Transferencia de protones
- El HCl dona H+, así que es el ácido.
- El H2O acepta H+, así que es la base.
HCl + H2O → H3O+ + Cl−
Cuando el cloruro de hidrógeno se disuelve en agua, el hidrógeno sale del HCl como un protón y se une a una molécula de agua, que se convierte en H3O+, el ion hidronio. El cloro se queda con los electrones y se convierte en Cl−.
El agua como ácido o como base
- Anfótero: puede actuar como ácido o como base.
| Reacción | El agua es el… | Porque… |
|---|---|---|
| HCl + H2O → H3O+ + Cl− | Base | Acepta H+ y se convierte en H3O+ |
| NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH− | Ácido | Dona H+ y se convierte en OH− |
La estructura del agua le permite aceptar y donar protones, y por eso tiene un papel tan importante en las reacciones en solución acuosa.
Pares ácido-base conjugados
- Los pares se diferencian exactamente por un H+.
- El ácido pierde H+ → base conjugada.
- La base gana H+ → ácido conjugado.
El amoniaco, la base, gana un protón y se convierte en NH4+, su ácido conjugado (el par azul). El agua, el ácido, pierde un protón y se convierte en OH−, su base conjugada (el par rojo). Revisar si hay una diferencia de un H+ es la forma más rápida de encontrar pares conjugados en el examen.
Ácidos fuertes y ácidos débiles
- Los ácidos fuertes se ionizan por completo.
- Los ácidos débiles se ionizan solo un poco.
En el ácido clorhídrico, cada molécula de HCl le dio su protón al agua, así que el vaso contiene solo iones H3O+ y Cl−. En el ácido fluorhídrico, la mayoría de las moléculas de HF siguen intactas y solo unas pocas se ionizaron. Los seis ácidos fuertes que debes conocer son HCl, HBr, HI, HNO3, H2SO4 y HClO4. Si un ácido no está en la lista, trátalo como débil.
Ejemplos resueltos
Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.
Ejemplo 1: Identificación de las especies
Identifica el ácido, la base, el ácido conjugado y la base conjugada: HNO2(aq) + H2O(l) ⇌ H3O+(aq) + NO2−(aq)
Mostrar la solución
- Sigue el protón: compara el HNO2 con el NO2−. El HNO2 perdió un H+.
- Identifica: la especie que pierde un protón es el ácido, así que el HNO2 es el ácido y el NO2− es su base conjugada.
- Compara el otro par: el H2O ganó un H+ y se convirtió en H3O+.
- Identifica: el aceptor de protones es la base, así que el H2O es la base y el H3O+ es su ácido conjugado.
- Respuesta: Ácido: HNO2. Base: H2O. Ácido conjugado: H3O+. Base conjugada: NO2−. Pares: HNO2 / NO2− y H3O+ / H2O.
Ejemplo 2: Pares conjugados
Identifica los dos pares ácido-base conjugados: HCO3−(aq) + OH−(aq) → CO32−(aq) + H2O(l)
Mostrar la solución
- Compara el HCO3− y el CO32−: el bicarbonato perdió un H+ y su carga pasó de −1 a −2. Al perder un protón positivo, la carga queda una unidad más negativa.
- Identifica: el HCO3− es el ácido y el CO32− es su base conjugada. Incluso un ion negativo puede ser un ácido si cede un protón.
- El otro par: el OH− ganó el protón y se convirtió en agua, así que el OH− es la base y el H2O es su ácido conjugado.
- Respuesta: HCO3− / CO32− y H2O / OH−. El bicarbonato también puede aceptar un protón y convertirse en H2CO3, así que, igual que el agua, es anfótero.
Ejemplo 3: Escritura de la fórmula
Escribe la fórmula de cada especie: (a) la base conjugada del H2SO4, (b) el ácido conjugado del NH3, (c) la base conjugada del H2O, (d) el ácido conjugado del H2O.
Mostrar la solución
- (a) Quita un H+ y baja la carga en una unidad: H2SO4 − H+ = HSO4−. Quita solo un protón, no los dos.
- (b) Agrega un H+ y sube la carga en una unidad: NH3 + H+ = NH4+
- (c) H2O − H+ = OH−
- (d) H2O + H+ = H3O+. Las partes (c) y (d) muestran de nuevo que el agua es anfótera.
Práctica
La hoja de práctica llegará pronto.
Diapositivas de la lección
Ideas clave
- El ácido dona H+. La base acepta H+.
- El agua es anfótera.
- Los pares conjugados se diferencian por un H+.
- Los ácidos fuertes se ionizan por completo.
De vuelta a la pregunta esencial: todo gira en torno al protón. Los ácidos lo dan y las bases lo toman. A continuación, el Tema 4.9 sigue a los electrones en lugar de los protones en las reacciones redox.
Alineación con AP
Esta lección cubre el Tema 4.8, Introducción a las reacciones ácido-base, de la Unidad 4 (Reacciones químicas) de la Descripción del curso y del examen (CED, por sus siglas en inglés) de AP Chemistry del College Board. Objetivo de aprendizaje:
- 4.8.A: Identificar especies como ácidos de Brønsted-Lowry, bases y pares ácido-base conjugados, a partir de la transferencia de protones en la que participan.
Conocimiento esencial: 4.8.A.1, 4.8.A.2, 4.8.A.3
Habilidad sugerida: 1.B Modelos y representaciones. Describir los componentes y la información cuantitativa de modelos y representaciones que ilustran propiedades tanto a nivel de partículas como macroscópicas.