¿Qué son los ácidos y las bases?

Tanto los ácidos como las bases, e inclusive las sales, son sustancias que al disolverse en agua se disocian (se separan) en iones. Los ácidos producen iones hidrógeno o iones hidronio, H₃O⁺ y las bases producen iones hidroxilo, OH^-. Estas sustancias también son llamadas electrolitos ya que tienen la propiedad de conducir la electricidad.

Molécula del ácido acético

El ácido clorhídrico al disociarse en agua da lugar a los iones hidronio y los iones cloruros:

$$HCl+H_2 O→H_3 O^++Cl^-$$

El hidróxido de sodio al disolverse en agua se separa en sus iones hidróxido y sodio:

$$NaOH+H_2 O→OH^-+Na^+$$

Características de las soluciones ácidas:

• Tienen sabor agrio.
• Reaccionan con metales como el hierro, el magnesio y el zinc para producir hidrógeno gaseoso (H₂).
• Cambian el papel tornasol de azul a rojo.

  

  Los ácidos fuertes y las bases fuertes son sustancias corrosivas

Características de las bases

• Poseen un sabor amargo.
• Reaccionan con los ácidos para formar sal más agua.
• Al contacto con el papel tornasol, este cambia de rojo a azul.

Los ácidos fuertes y débiles

Los ácidos fuertes son aquellos que se ionizan (se separan sus iones) por completo en agua. Lo que ocurre en una disolución acuosa de un ácido fuerte, es que éste dona o cede al agua un protón, H⁺ y así formar el ion hidronio H₃O⁺.

Los ácidos fuertes más comunes son: El ácido clorhídrico, HCl; el ácido bromhídrico, HBr; el ácido yodhídrico, HI, el ácido sulfúrico, H₂SO₄; el ácido nítrico, HNO₃ y el ácido perclórico, HClO₄.

Los ácidos débiles son los que, a diferencia de los ácidos fuertes, se ionizan en poca proporción. Esto quiere decir que sólo una parte de los protones del ácido se separa para reaccionar con el agua y formar el ion hidronio. Un ejemplo, es el ácido acético, CH₃COOH.

El vinagre comercial es una solución de
 ácido acético al 5% en peso

Otros ácidos débiles comunes son el ácido fosfórico, H₃PO₄ y el ácido carbónico, H₂CO₃ el cual se forma cuando se disuelve el dióxido de carbono, CO₂ en agua. Las bebidas carbonatadas contiene este ácido.

Bases fuertes y débiles

Se denominan bases fuertes a aquellas que se ionizan por completo en agua. La base fuerte más utilizada es el hidróxido de sodio, NaOH (también conocido como lejía). En solución acuosa los iones hidróxidos OH^- son los que participan en las reacciones básicas o alcalinas.

Todos los hidróxidos de los metales alcalinos son bases fuertes, como por ejemplo, el hidróxido de potasio, KOH. Se clasifican como bases fuertes también, el hidróxido de calcio, Ca(OH)₂; el hidróxido de bario Ba(OH)₂ y el hidróxido de estroncio Sr(OH)₂.

Por otro lado, una base débil no se ioniza por completo.  El hidróxido de magnesio, Mg(OH)₂ es un ejemplo de base débil. Este hidróxido es el utilizado en la formulación de antiácidos (llamado leche de magnesia). 

Los hidróxidos de los metales de transición son bases débiles, como el hidróxido de hierro Fe(OH)₂, además poseen muy poca solubilidad en agua. El amoniaco, NH₃ es otra base débil popular. El amoniaco es un gas a temperatura ambiente, pero se disuelve con facilidad en agua produciendo, en concentraciones relativamente bajas, los iones hidróxidos.

$$ NH_3+H_2 O→NH_4^++OH^-$$

Es importante señalar que existe otra definición de ácido y base, o más bien que existen otras sustancias que, a pesar de no disociarse para producir iones hidronio ni hidroxilos, se caracterizan como ácidos y bases. Estos son los que se definen como ácidos y bases de Lewis. Un ácido tipo Lewis es aquella sustancia que es capaz de aceptar electrones y así una base Lewis es una sustancia que dona o cede electrones. Ejemplos de ácidos Lewis son cationes de metales de transición como el Fe³⁺ y de bases Lewis son aniones simples como el F^-, entre otras.

Fuentes consultadas

Burns R. Fundamentos de Química. 2da ed. Prentice Hall Hispanoamerica, s.a. 1996.

Aldabe S y Aramendia P. Química 2. Química en acción. Ediciones Colihue SRL. 2004.

Qué es la teoría cinética de los gases?

La teoría cinética de los gases se basa en cinco postulados que tratan de explicar el comportamiento microscópico de los gases, ya que el comportamiento macroscópico está bien descrito por la ecuación de estado del gas ideal.

Estas hipótesis se resumen de la siguiente manera:

1. Se asumen que el volumen que ocupan los átomos o moléculas de un gas es despreciable frente al volumen total del gas. Es decir, el volumen individual de cada partícula de gas es bien pequeño comparado con el del gas. 

2. Cada átomo de gas se desplaza a grandes velocidades y de manera aleatoria. Además siguen trayectorias rectilíneas hasta que chocan con otro átomo de gas o con las paredes del recipiente que contiene al gas.

3. Se considera también que no hay interacción atractiva ni repulsiva entre las partículas del gas.

4. Se considera que el choque, entre las partículas o entre la partícula y la pared del recipiente es perfectamente elástico. Esto quiere decir que no hay pérdida neta de energía en el choque. Es así que al chocar: 

• Se intercambian las velocidades,  si las partículas tienen igual masa.
• Cambian el sentido del vector velocidad, si las partículas chocan con la pared del recipiente. 

5. Los átomos o moléculas del gas tienen velocidades individuales y energías cinéticas propias, pero a una temperatura dada, la energía cinética promedio es constante. (Postulado de Maxwell). Según este último postulado como las partículas del gas tienen su propia velocidad cada partícula tendrá entonces su propia energía cinética. Para una determinada temperatura sin embargo, se podría tener una energía cinética única, esto será posible si tomamos un promedio de las velocidades de cada una de las moléculas del gas.

Dado que la velocidad, en la fórmula de energía cinética, está al cuadrado, podemos escribir que:

$$E ̅_c=1/2 mu ̅^2$$

Recuerda que la cantidad velocidad u, es el promedio del cuadrado de las velocidades de todas las moléculas.

¿Cómo es la presión del gas?

De acuerdo a esta teoría la presión es el resultado de las colisiones entre las moléculas y las paredes del recipiente que contiene al gas.

Un manómetro es un instrumento que se utiliza para medir la presión

Aplicando las leyes de la dinámica al choque de las moléculas entre sí y contra la pared del recipiente se llega a la ecuación fundamental de la teoría cinética de los gases.

$$PV=\frac{1}{3}nm{\bar{u}}^2$$

Donde n es el número total de moléculas del gas. Y se relaciona con el número de moles a través del número de Avogadro y m la masa de una molécula.

Podemos relacionar la presión del gas con la energía cinética.  De la primera ecuación:

$$2E_c=m{\bar{u}}^2$$

Y lo sustituimos en la ecuación de presión:

$$PV=\frac{2}{3}nE_c$$

Y comparando con la ecuación de gases ideales, PV=nRT

Podemos expresar la energía cinética del gas como:

$$E_c=\frac{3}{2}RT$$

Con esta ecuación se muestra que la energía cinética es proporcional a la temperatura absoluta.

Y así es como, aplicando los postulados de la Teoría Cinética de los Gases, es posible relacionar la energía cinética con la temperatura del gas. Por eso en muchas ocasiones habrás escuchado que "la temperatura del gas es una medida de la energía del sistema."