ACIDOS Y BASES
Ácidos y bases, bases, dos tipos de compuestos químicos que presentan características opuestas. Los ácidos tienen un sabor agrio, colorean de rojo el tornasol (tinte rosa que se obtiene de determinados líquenes) y reaccionan con ciertos metales desprendiendo desprendiendo hidrógeno. Las bases tienen sabor amargo, colorean el tornasol de azul y tienen tacto jabonoso. Cuando se combina una disolución disolución acuosa de un ácido con otra de una base base,, tien tiene e luga lugarr una una reac reacci ción ón de neut neutra raliliza zaci ción ón.. sta sta reac reacci ción ón en la que, que, generalmente, se !orman agua y sal, es muy rápida. "sí, el ácido sul!#rico y el hidró$ido de sodio %a&', producen agua y sul!ato de sodio '*&+ %a&'-'& %a*&+ Primeras teorías Los conocimientos modernos de los ácidos y las bases parten de /0+, cuando el !ísico ingl1s 2ichael 3araday descubrió que ácidos, bases y sales eran electrólitos por lo que, disueltos en agua se disocian en partículas con carga o iones que pueden conducir la corriente el1ctrica. n //+, el químico sueco *4ante "rrhenius (y más tarde tarde el quími químico co alemá alemán n 5ilhel 5ilhelm m &st6ald &st6ald)) de!in de!inió ió los ácido ácidoss como como sustan sustanci cias as quím químic icas as que que cont conten enía ían n hidr hidróg ógen eno, o, y que que disu disuel elta tass en agua agua prod produc ucía ían n una una concentración de iones hidrógeno o protones, mayor que la e$istente en el agua pura. 7el mismo modo, "rrhenius de!inió una base como una sustancia que disuelta en agua producía un e$ceso de iones hidro$ilo, &'8. La reacción de neutralización sería ' &'8-'& La teoría de "rrhenius y &st6ald ha sido objeto de críticas. La primera es que el concepto de ácidos se limita a especies químicas que contienen hidrógeno y el de base a las especies que contienen iones hidro$ilo. La segunda crítica es que la teoría sólo sólo se re!ie re!iere re a disol disoluci ucione oness acuosa acuosas, s, cuand cuando o en realid realidad ad se conoce conocen n mucha muchass reacciones ácido8base que tienen lugar en ausencia de agua. Teoría Teoría de Brønsted-Lowry Br ønsted-Lowry 9na teoría más satis!actoria es la que !ormularon en :0 el químico dan1s ;ohannes
homas Lo6ry. sta teoría establece que los ácidos son sustancias capaces de ceder protones (iones hidrógeno ') y las bases sustancias capaces de aceptarlos. "#n se contempla la presencia de hidrógeno hidrógeno en el ácido, pero ya no se necesita un medio acuoso el amoníaco líquido, que act#a como una base en una disolución disolución acuosa, se comporta como un ácido en ausencia de agua cediendo un protón a una base y dando lugar al anión (ion negati4o) amida %'0 base-%'8 base ' ACIDOS Y BASES DE Brønsted y Lowry l concepto de ácido y base de
se produce al trans!erir un protón el ?cido () a la
l químico estadounidense Hilbert %. Le6is e$puso una nue4a teoría de los ácidos y bases en la que no se requería la presencia de hidrógeno en el ácido. n ella se establece que los ácidos son receptores de uno o 4arios pares de electrones y las bases son donantes de uno o 4arios pares de electrones. sta teoría tambi1n tiene la 4entaja de que es 4álida con disol4entes distintos del agua y no se requiere la !ormación de una sal o de pares ácido8base conjugados. *eg#n esto, el amoníaco se comporta como una base, pues es capaz de ceder un par de electrones al tri!luoruro de boro para !ormar un par ácido8base ACIDOS Y BASES SE&'( A))E(I*S+ Arr,eni#s S.ante A#/#st (/I:8:D), químico sueco que ayudó a !ijar las bases de la química moderna. %ació cerca de 9ppsala, estudió en la 9ni4ersidad de 9ppsala y se doctoró el aGo //+. 2ientras toda4ía era un estudiante, in4estigó las propiedades conductoras de las disoluciones electrolíticas (que conducen carga). n su tesis doctoral !ormuló la teoría de la disociación electrolítica. sta teoría mantiene que en las disoluciones electrolíticas, los compuestos químicos disueltos, se disocian en iones. "rrhenius tambi1n sostu4o que el grado de disociación aumenta con el grado de dilución de la disolución, una hipótesis que posteriormente resultó ser cierta sólo para los electrolitos d1biles. Jnicialmente se creyó que esta teoría era errónea y le aprobaron la tesis con la mínima cali!icación posible. *in embargo, más tarde, la teoría de la disociación electrolítica de "rrhenius !ue generalmente aceptada y !inalmente se con4irtió en una de las piedras angulares de la química !ísica y la electroquímica modernas. n //:, "rrhenius tambi1n obser4ó que la 4elocidad de las reacciones químicas aumenta notablemente con la temperatura, en una relación proporcional a la concentración de mol1culas acti4adas. "rrhenius !ue catedrático de Kuímica de la 9ni4ersidad de stocolmo en /:I y director del Jnstituto %obel de Kuímica y 3ísica en :EI. *us galardones y premios incluyen el @remio %obel de Kuímica en :E0. scribió obras sobre química !ísica y biológica, electroquímica y astronomía. n este #ltimo campo destacó por su idea de que la 4ida en la >ierra se originó por esporas 4i4as trasladadas a tra41s del espacio por la presión de la luz. ACIDOS Y BASES SE&*( LE0IS+ Lewis &i!bert (ewton (/DI8:+), químico estadounidense, c1lebre por su teoría de la interpretación del enlace co4alente. %ació en 5eymouth, 2assachusetts, y estudió en las uni4ersidades de %ebrasMa, 'ar4ard, Leipzig y Hotinga. nseGó química en 'ar4ard desde /:: hasta :EE y desde :E hasta :E, y en el Jnstituto de >ecnología de 2assachusetts desde :ED a :. " partir de ese aGo y hasta su muerte !ue pro!esor de química !ísica en la 9ni4ersidad de Cali!ornia en ambi1n se le conoce por su trabajo sobre la teoría de las disoluciones y la aplicación de los principios de la termodinámica a los problemas químicos
titulación es un método corriente de
análisis químico cuantitativo en el laboratorio, que se utiliza para determinar la concentración
desconocida de un reactivo conocido. Debido a que las medidas de volumen juegan un papel fundamental en las titulaciones, se le conoce también como análisis volumétrico. Un reactivo llamado “valorante o “titulador, ! de volumen " concentración conocida #una solución estándar o solución patrón$ se utiliza para que reaccione con una solución del analito,% de concentración desconocida. Utilizando una bureta calibrada para a&adir el valorante es posible determinar la cantidad e'acta que se (a consumido cuando se alcanza el punto final . )l punto final es el punto en el que finaliza la valoración, " se determina mediante el uso de un indicador #ver más adelante$. *dealmente es el mismo volumen que en el punto de equivalencia +el nmero de moles de valorante a&adido es igual al nmero de moles de analito, algn mltiplo del mismo #como en los ácidos polipróticos. )n la valoración clásica ácido fuerte-base fuerte, el punto final de la valoración es el punto en el que el p del reactante es e'actamente /, " a menudo la solución cambia en este momento de color de forma permanente debido a un indicador . 0in embargo, e'isten muc(os tipos diferentes de valoraciones #ver más adelante$. 1ueden usarse muc(os métodos para indicar el punto final de una reacción2 a menudo se usan indicadores visuales #cambian de color$. )n una titulación o valoración ácido base simple, puede usarse un indicador de p, como la fenolftaleína, que es normalmente incolora pero adquiere color rosa cuando el p es igual o ma"or que 3,%. 4tro ejemplo es el naranja de metilo, de color rojo con en medio ácido " amarillo en disoluciones básicas. 5o todas las titulaciones requieren un indicador. )n algunos casos, o bien los reactivos o los productos son fuertemente coloreados " pueden servir como 6indicador6. 1or ejemplo, una titulación o valoración redo' que utiliza permanganato de potasio como disolución estándar #rosa7violeta$ no requiere indicador porque sufre un cambio de color fácil de detectar pues queda incolora al reducirse el permanganato. Después del punto de equivalencia, (a" un e'ceso de la disolución titulante #permanganato$ " persiste un color rosado débil que no desaparece.
8ureta de 9o(r Debido a la naturaleza logarítmica de la curva de p, las transiciones en el punto final son mu" rápidas: " entonces, una simple gota puede cambiar el p de modo mu" significativo " provocar un cambio de color en el indicador. a" una ligera diferencia entre el cambio de color del indicador " el punto de equivalencia de la titulación o valoración. )ste error se denomina error del indicador. 1or este motivo es aconsejable efectuar determinaciones en blanco con el indicador " restarle el resultado al volumen gastado en la valoración.
Preparación de una muestra para titulación o valoración )n un titulación o valoración, tanto la sustancia patrón como el analito deben estar en fase líquida #o en disolución$. 0i la muestra no es un líquido o una disolución, debe ser disuelta. 0i el analito está mu" concentrado en la muestra a analizar, suele diluirse. ;unque la amplia ma"oría de las titulaciones se llevan a cabo en disolución acuosa, pueden usarse otros disolventes como ácido acético o etanol con igual finalidad, para determinados análisis. Una cantidad medida de muestra se coloca en un frasco donde se disuelve " se dilu"e si es necesario. )l resultado matemático de la valoración puede calcularse directamente mediante la cantidad de
valorante medida. grados centígrados para mantener una adecuada velocidad de reacción.
Procedimiento Una titulación o valoración comienza con un vaso de precipitados o matraz )rlenme"er conteniendo un volumen preciso del reactivo a analizar " una peque&a cantidad de indicador, colocado debajo de una bureta que contiene la disolución estándar.
de la sustancia a analizar presentes en la muestra. Ainalmente, dividiendo el nmero de moles de reactivo por su volumen, conoceremos la concentración buscada.
Curvas de valoración
Una curva típica de valoración de un ácido diprótico, ácido o'álico, titulado con una base fuerte, (idró'ido sódico. 0on visibles los dos puntos de equivalencia, a !B " C> m? ?as valoraciones se representan mediante curvas de valoración, en las que suele representarse como variable independiente el volumen a&adido de disolución estándar, titulante o patrón, mientras la variable dependiente es la concentración del analito en la etapa correspondiente de valoración #en una valoración ácido base es generalmente el p de la disolución, que cambia segn la composición de las dos disoluciones$. )n el caso de las valoraciones ácido-base, las curvas de valoración reflejan la fuerza del ácido " de la base correspondientes. 1or ejemplo, en una valoración de ácido fuerte con una base débil, la curva de valoración será relativamente lisa, aunque mu" escarpado para puntos cerca el punto de equivalencia de la valoración. )n este caso, peque&os cambios en el volumen del valorante producen cambios grandes del p cerca del punto de equivalencia. )n este caso, una amplia gama de indicadores sería apropiada #por ejemplo el tornasol, la fenolftaleína o el azul de bromotimol$. 1or otro lado, si uno de los componentes de una valoración ácido-base es un ácido débil o una base débil, " el otro es un ácido fuerte o
una base fuerte, la curva de valoración es claramente irregular cerca del punto de equivalencia #" el p no cambia 6tanto6 con la adición de peque&os volmenes de valorante$. , " así el analito es básico en el punto de equivalencia #con más precisión, la sal sódica producida por la reacción de (idrólisis en el agua para producir iones (idró'ido$. Un indicador como la fenolftaleína sería apropiado para esta valoración en particular. ?a curva de valoración correspondiente a una valoración de una base débil con un ácido fuerte ácida se comporta de modo similar. )n este caso, indicadores como el naranja de metilo o el azul de bromotimol se utilizan (abitualmente. 1or otro lado, las valoraciones ácido-base en las que los componentes son una base " un ácido débil, son de naturaleza bastante irregular. Debido a la naturaleza de tales valoraciones, no (a" ningn indicador químico apropiado, " por ello a menudo se utiliza el pmetro.
Tipos de valoraciones ?as valoraciones se clasifican por el tipo de objeto a analizar2 •
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aloraciones ácido-base2 basadas en la reacción de neutralización entre el analito " una disolución de ácido o base que sirve de referencia. 1ara determinar el punto final, usan un indicador de p, un p-metro, o un medidor de conductancia. aloraciones redo'2 basadas en la reacción de o'idaciónreducción o reacción redo' entre el analito " una disolución de o'idante o reductor que sirve de referencia. 1ara determinar el punto final, usan un potenciómetro o un indicador redo' aunque a veces o bien la sustancia a analizar o la disolución estándar de referencia tienen un color suficientemente intenso para que no sea necesario un indicador adicional.
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aloraciones de formación de complejos o comple'ometrías2 basadas en la reacción de formación de un complejo entre el analito " la sustancia valorante. )l agente quelante )DE; es mu" usado para titular iones metálicos en disolución. )stas valoraciones generalmente requieren indicadores especializados que forman complejos más débiles con el analito. Un ejemplo es 5egro de )riocromo E para valoración de iones calcio, magnesio o cobre #**$. aloraciones de precipitación2 0on aquellas basadas en las reacciones de precipitación.Uno de los tipos más (abituales son las ;rgentometrías2 precipitación de aniones como los (alógenos # A-,
5aH#ac$ F ;g54C#ac$ I ;gH#s$ F 5a54C#ac$ donde H @ A -,
Indicador
de Color en de medio básico
Violeta metilo
de
;marillo
>.> - !.=
ioleta
Azul bromofenol
de
;marillo
C.> - G.=
;zul
Narana metilo
de
Jojo
C.! - G.G
;marillo
Roo de metilo
Jojo
G.G - =.%
;marillo
Tornasol
Jojo
B.> - 3.>
;zul
;marillo
=.> - /.=
;zul
Azul bromotimol
de
!enolftale"na Amarillo alizarina
de
*ncolora
3.C - !>.>
Josa
;marillo
!>.! - !%.>
Jojo
)stas valoraciones están basadas en la reacción de neutralización que ocurre entre un ácido " una base, cuando se mezclan en solución. )l ácido #o la base$ se a&ade a una bureta previamente lavada con el mismo ácido #o base$ antes de esta adición. ?a base #o el ácido$ se a&ade a un matraz )rlenme"er previamente lavado con agua destilada antes de la adición. ?a solución en el matraz es a menudo una solución estándar : cu"a concentración es e'actamente conocida. ?a solución en la bureta es la solución cu"a concentración debe ser determinada por la valoración. )l indicador usado para la valoración ácido-base a menudo depende de la naturaleza de los componentes como se (a descrito en la sección anterior. ?os indicadores más comunes, sus colores, " el rango de p del cambio de color se muestran en la tabla anterior.
)stas valoraciones están basadas en una reacción de redo' entre un agente o'idante " un agente reductor. )l agente o'idante #o el agente reductor$ se a&ade en la bureta previamente lavada con el mismo agente o'idante. )l reductor #o el agente o'idante$ se a&ade en el matraz erlenme"er, previamente lavado con agua destilada.
el agente o'idante dicromato de potasio, el cambio de color de la solución de naranja a verde no es definido " se utiliza un indicador como la difenilamina. )l análisis de vinos para determinar su contenido de dió'ido de azufre requiere el empleo de "odo como un agente o'idante. )n este caso, se utiliza almidón como indicador: un complejo de almidón-"odo azul se forma en el momento en que un e'ceso de "odo está presente, se&alando así el punto final de la valoración. 1or otro lado, algunas valoraciones redo' no requieren un indicador, debido al color intenso de alguno de los componentes. 1or ejemplo, en una valoración donde está presente el agente o'idante permanganato de potasio, un color rosado que persiste se&ala el punto final de la valoración, " por lo tanto no se requiere ningn indicador particular. Valoración comple#om$trica
)stas valoraciones están basadas en la formación de un complejo entre el analito " el valorante. )l agente quelatante )DE; se utiliza mu" frecuentemente para valorar iones metálicos en solución. )stas valoraciones generalmente requieren un indicador especializado que forma complejos más débiles con el analito. Un ejemplo comn es el 5egro de )riocromo E para la valoración de los iones de calcio " magnesio. %editar& Valoración de potencial 'eta Artículo principal:
Valoración de potencial Zeta
)stas valoraciones son caracteristicas de sistemas (eterogéneos, como los coloides. )l potencial Keta juega el papel de indicador . Uno de los objetivos es la determinación del punto isoeléctrico cuando la carga superficial se (ace >. )sto puede se puede alcanzar cambiando el p o a&adiendo surfactante. 4tro objetivo es la determinación de la dosis óptima de sustancia química para la floculación o la estabilización.
%editar& (edida del punto final de una titulación o valoración Artículo principal: Punto
de equivalencia (química)
a" diferentes métodos para determinar el punto final o punto de equivalencia2 •
*ndicadores2 0on sustancias que cambian de color en respuesta a un cambio químico. *ndicador de p o indicador ácido-base2 Un indicador ácido-base #como la fenolftaleína$ cambia de color dependiendo del p del medio. *ndicador Jedo'. Una gota de disolución de indicador es a&adida al principio de la titulación o valoración: cuando el color cambia, se (a alcanzado el punto final. o
o
p-metro, un medidor de p de la marca Dosimat
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1otenciómetro2 0on instrumentos que miden el potencial de electrodo de la disolución. 0e usan para valoraciones redo': el potencial del electrodo de trabajo cambiará bruscamente en el punto final. 9edidor de p o p-metros2 0on potenciómetros que usan un electrodo cu"o potencial depende de la cantidad de ión F presente en la disolución. )s un ejemplo de un electrodo de ión selectivo que permite medir el p de la disolución a lo largo de la valoración. )n el punto final, cambiará bruscamente el p medido. 1uede ser un método más preciso que el uso de indicadores, " es fácil de automatizar.
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como en la determinación de qué substratos se enlazan a las enzimas. Eitulación termométrica es una técnica mu" versátil. 0e diferencia de la anterior por el (ec(o de que no se determina un aumento o caída de temperatura como indicativo del punto final, sino que se mide la velocidad de cambio de la temperatura.
Eitulación con determinación del punto final por cambio de color •
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)spectroscopía2 1uede usarse para medir la absorción de luz por la disolución durante la valoración, " si el espectro del reactivo, sustancia patrón o producto es conocido, podría medirse su evolución con cantidades bastante peque&as que permitirían conocer el punto final. ;mperometría o valoración amperométrica2 0e usa como técnica de detección analizando la corriente eléctrica debida a la o'idación o reducción de los reactivos o productos en un electrodo de trabajo que dependerá de la concentración de las especies en disolución. )l punto final se detecta por un cambio en la corriente. )ste método es el más til cuando (a" que reducir un e'ceso de la sustancia valorante
#valoración por retroceso$, como es el caso de la valoración de (aluros con ;gF. %editar& Valoración por retroceso
)l método de valoración por retroceso se usa cuando se invierte el sentido de la valoración, cambiando la sustancia a valorar. )n vez de valorar el analito original se a&ade un e'ceso conocido de reactivo estándar a la disolución, " luego se valora el e'ceso. )ste método es til si el punto final de la valoración por retroceso es más fácil de identificar que el punto final de la valoración normal. 0e usa también si la reacción entre el analito " la sustancia titulante es mu" lenta.
%editar& Algunos usos particulares •
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?a valoración de biocombustible es el acto de determinar la acidez de una muestra de combustible de origen vegetal mediante la adición de una base a la muestra mientras se comprueba con papel indicador que el p final es /. 0abiendo cuánta base neutraliza una cantidad de biocombustible, conoceremos cuanta base en total a&adiremos al lote completo. ?a valoración en petroquímica o en la industria alimentaria se usa para definir las propiedades de aceites, grasas " substancias similares. B
%editar& Algunas valoraciones aplicables a l"pidos •
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5mero ácido2 Determina el nivel de ácidos grasos libres presentes en un biocombustible. )l nmero ácido total es la cantidad de base, e'presada en miligramos de (idró'ido de potasio que se requiere para neutralizar todos los componentes acídicos presentes en un gramo de muestra. Lrado de acidez2 0e realiza una titulación ácido-base con indicador de cambio de color para determinar el contenido de ácido graso libre en una muestra " comprobar así su acidez.
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5mero de iodo o Mndice de "odo2 )s una medida del grado de insaturación de los componentes de una grasa. 0erá tanto ma"or cuanto ma"or sea el nmero de dobles enlaces <@< por unidad de grasa, utilizándose por ello para comprobar la pureza " la identidad de las grasas. )s la cantidad #gramos$ de "odo absorbidos por !>> gramos de grasa.
)l nmero de "odo oscila entre > #ácidos grasos saturados$ a CB>. Una valoración redo' con cambio de color permite indicar la cantidad de ácido graso insaturado libre en una muestra.= •
5mero de saponificación2 ?a saponificación consiste en una (idrólisis alcalina de una muestra grasa #con N4 o 5a4$. ?os lípidos derivados de ácidos grasos #ácidos monocarbo'ílicos de cadena larga$ dan lugar a sales alcalinas #jabones$ " alco(ol, que son fácilmente e'traíbles en medio acuoso.
)l nmero de saponificación no es más que los miligramos de N4 necesarios para saponificar ! gramo de materia grasa. )sta prueba es otra prueba cualitativa que podemos aplicar a los lípidos. )sta nos permite ver si el tipo de lípido es saponificable #contiene ácidos grasos$ o no #no contiene ácidos grasos$. 0e realiza una valoración ácido-base por retroceso con indicador de cambio de color o valoración potenciométrica para obtener una idea de la longitud media de la cadena de ácidos grasos en una grasa.
