¿Qué es un ácido?
Un ácido es una sustancia que, al disolverse en agua, libera iones de hidrógeno (H+). Estos iones son los responsables de las propiedades características de los ácidos, como su sabor agrio (presente en las frutas cítricas), su potencial corrosivo, sus reacciones con metales para producir sales y agua o su capacidad para conducir electricidad en soluciones acuosas, entre otras.
La importancia del pH en la clasificación de las sustancias
El pH es una medida que indica la concentración de iones de hidrógeno en una solución. Se utiliza para determinar si una sustancia es ácida, básica o neutra. Históricamente, estas sustancias se han estudiado para analizar las reacciones, aplicaciones y para la clasificación de sustancias químicas.
El pH es clave en la industria para sectores como la producción de alimentos y bebidas, tratamiento de aguas, y fabricación de productos químicos. Controlar el pH es crucial para garantizar la calidad de los productos.
Por otro lado, conocer el pH de una sustancia es fundamental para su manejo seguro, ya que las sustancias con pH extremo pueden ser corrosivas y peligrosas, por lo que se deben tomar precauciones especiales.
Finalmente, el pH de los suelos, cuerpos de agua, y la atmósfera afecta la vida de los organismos y la salud del ecosistema. Por ello, conocer y medir los niveles de pH es importante para prevenir daños ambientales.
Clasificación de ácidos y bases
Los ácidos y las bases se pueden clasificar en fuertes y débiles según su capacidad para disociarse en agua:
- Ácidos fuertes: Se disocian completamente en agua, liberando una gran cantidad de iones de hidrógeno, lo que los hace altamente corrosivos y excelentes conductores eléctricos. Un ejemplo es el ácido sulfúrico, capaz de disolver clavos de acero.
- Ácidos débiles: Se disocian parcialmente en agua, liberando menos iones de hidrógeno, por lo que son menos corrosivos. Ejemplos incluyen el ácido bórico, utilizado en soluciones oftálmicas, y el ácido acético, presente en el vinagre.
- Bases fuertes: Se disocian completamente en agua, lo que las hace muy corrosivas. La soda cáustica, que puede disolver el cabello humano, es un ejemplo típico.
- Bases débiles: Se disocian parcialmente en agua y son menos corrosivas. La leche de magnesia es un ejemplo comúnmente utilizado para aliviar problemas estomacales.
Ahora, cuando se habla de soluciones acuosas observamos que algunas pueden ser ácidas, básicas o neutras. Por ejemplo, los jugos de frutos cítricos, soluciones de bicarbonato y agua simple, respectivamente.
Las sustancias ácidas, básicas (o alcalinas) y neutras se clasifican con base en su pH: una escala que va del 0 al 14 en la que el 7 es neutro. Un pH menor a 7 se refiere a sustancias ácidas (a menor número, mayor acidez). Las sustancias con pH mayor a 7 son alcalinas o básicas (a más alto número, la base es más fuerte. En general, los ácidos y bases en sus números extremos son sustancias corrosivas y con muchos peligros potenciales.
Ahora bien, la escala de pH es logarítmica, lo que significa que la distancia que hay entre un número y el que sigue en ambos sentidos, es 10 veces mayor. La distancia con el segundo número siguiente es 100 veces mayor, y así aumenta sucesivamente.
Otras formas de clasificar las sustancias son la teoría Ácido-Base de Arrhenius y la de Brønsted-Lowry. La teoría Ácido-Base de Arrhenius clasifica una sustancia como ácida si produce iones hidrógeno H(+) o iones hidronio H3O(+) en agua. Mientras que clasifica como básica a las sustancias que producen iones hidroxilo (OH-) en agua. Sin embargo, esta definición solo abarca a las soluciones acuosas.
Por su parte, la teoría de Brønsted-Lowry clasifica a las sustancias ácidas cuando actúan como donadoras de protones, y como base si es aceptor de protones.
Características de las sustancias ácidas
Los ácidos son sustancias que se caracterizan por:
- Tener un sabor agrio (característico en los frutos cítricos).
- Reaccionan con algunos metales como el zinc o el hierro produciendo hidrógeno y sales.
- Estar formados químicamente por hidrógeno, un no metal y oxígeno. O bien, por hidrógeno y un no metal.
- Al estar disueltas en agua generan iones H+
- Reaccionan con óxidos metálicos, produciendo sal y agua.
- En soluciones acuosas son buenos conductores de electricidad.
- Son altamente corrosivos para tejidos biológicos, como la piel.
- Pueden causar daños respiratorios al inhalar los gases que desprenden.
- Pueden provocar quemaduras químicas en la piel ante el contacto.
- Producen una reacción de efervescencia al contacto con carbonato de calcio.
- Neutralizan a las bases.
- Tienen alto poder de disolución de muchas sustancias
- En soluciones acuosas facilitan el paso de la corriente eléctrica.
- Vuelven rojo al papel tornasol.
Algunos ejemplos de sustancias ácidas naturales son: el vinagre, el jugo de cítricos como la naranja o el limón, los ácidos: clorhídrico, fórmico, nítrico (HNO3) y sulfúrico (H2 S O4).
Ejemplos de ácidos de uso cotidiano
Son ácidos que se encuentran en el hogar, en medicamentos, productos de limpieza y algunos que forman parte de los alimentos:
- Ácido acético. CH3COOH también conocido como vinagre, que se usa en ensaladas, conservas y productos de limpieza.
- Ácido acetilsalicílico. C9H8O4 es el principio activo del medicamento usado como analgésico y antiinflamatorio.
- Ácido ascórbico. C6H8O6 el nombre químico de la vitamina C que se encuentra en frutas y se usa en la formulación de suplementos.
- Ácido bórico. H3BO3 muy conocido como insecticida, retardador de flamas y antiséptico.
- Ácido carbónico. H2CO3 ácido presente en las bebidas gaseosas.
- Ácido cítrico. C6H8O7 ácido orgánico que se encuentra en muchas frutas y es intermediario del metabolismo de las células.
- Ácido fólico. C19H19N7O6 ácido orgánico que se encuentra en las hojas de los vegetales.
- Ácido clavulánico. C8H9NO5 ácido usado con antibióticos de la familia de las penicilinas para bloquear enzimas bacterianas resistentes.
- Ácido hialurónico. C33H54N2O23 ácido derivado de la glucosa que se encuentra naturalmente en los tejidos conectivos, articulaciones y piel.
- Ácido oleico. CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH ácido graso que se encuentra en grasas vegetales y animales.
- Ácido úrico. C5H4N4O3 ácido diprótico producido por el metabolismo de ácidos nucleicos.
- Ácido tartárico. HOOC-CHOH-CHOH-COOH se encuentra naturalmente en frutas como las bananas y se usa en cocina para regular la acidez de los alimentos.
- Ácido oxálico. C2H2O4 ácido dicarboxílico que se encuentra en las hojas de espinaca.
Ejemplos de sustancias ácidas en química y biología
- Ácido láctico. H3C-COH-COOH ácido orgánico débil que se produce por el metabolismo de glucosa por lactobacterias y se usa para la producción de yogurt.
- Ácido retinoico. C20H28O2 ácido producido por el metabolismo de la vitamina A.
- Ácido araquidónico. C20H32O2 ácido graso insaturado precursor de prostaglandinas.
- Ácido linoleico. C18H32O2 ácido graso insaturado que se encuentra en la linaza y las nueces.
- Ácido glutámico. HOOC-CH(NH2)-(CH2)2-COOH aminoácido que se encuentra en las proteínas.
- Ácido aspártico. HOOC-CH2-CH(NH2)-COOH aminoácido que se encuentra en las proteínas.
- Ácido sulhídrico. H2S ácido volátil que se produce por metabolismo de las bacterias en condiciones anaeróbicas y en los gases volcánicos.
Ejemplos de ácidos fuertes
- Ácido clorhídrico
- Ácido clórico
- Ácido perclórico
- Ácido sulfúrico
- Ácido fluorhídrico
- Ácido nítrico
- Ácido bromhídrico
Ejemplos de ácidos débiles
- Ácido bórico
- Ácido láctico
- Ácido acético
- Ácido cítrico
- Ácido fosfórico
Características de las sustancias básicas o alcalinas
- Son sustancias con un sabor amargo.
- Son resbaladizas al tacto.
- Se forman por un metal, oxígeno e hidrógeno.
- Precipitan sustancias que fueron disueltas por ácidos.
- Disuelven grasas y dióxido de azufre.
- Cuando se disuelven en agua generan iones OH-
- Son buenos conductores de electricidad cuando se encuentran en soluciones acuosas.
- Tienen un efecto cáustico que puede destruir la materia orgánica.
- Causan irritaciones en la piel.
- Neutralizan a los ácidos.
- Disuelven la grasa cutánea.
- Su aspiración es tóxica.
- Son solubles en agua.
- Vuelven azul al papel tornasol.
A las sustancias básicas también se les conoce como hidróxidos o álcalis. Algunos ejemplos de base son el hidróxido de sodio (NaOH) o soda cáustica, el hidróxido de calcio (Ca (OH)2) o cal apagada, el amoniaco, antiácidos digestivos, jabones, productos de limpieza, entre otras sustancias.
Ejemplos de bases de uso cotidiano
- H3(CO)CH3 también conocida como acetona es una base que dona electrones y se usa como solvente.
- Amoniaco. NH3 se usa en productos de limpieza.
- Cafeína. C8H10N4O2 es una base débil que estimula al sistema nervioso central
- Hidróxido de aluminio. Al(OH)3 base usada en medicamentos para aliviar la acidez gástrica ya que reacciona con el ácido estomacal
- Hidróxido de magnesio. Mg(OH)2 es una base que se usa para la formulación de antiácidos.
Ejemplos de bases en química y biología
- Adenina C5H5N5 base que forma parte del ADN y ARN.
- Anilina C6H5NH2 amina aromática
- Arginina C6H14N4O2 aminoácido que forma parte de las proteínas.
- Lisina H2N(CH2)4CH(NH2)COOH aminoácido que forma parte de las proteínas.
- Piridina C5H5N base que se usa como solvente y precursor de insecticidas.
- Purina C5H4N4 compuesto orgánico presente en las carnes rojas.
- Guanina C5H5N5O base nitrogenada derivada de la purina y que forma parte de los ácidos nucleicos.
- Uracilo C4H4N2O2 base nitrogenada que se encuentra en el ARN (ácido ribonucleico).
Ejemplos de bases fuertes
- Hidróxido de litio LiOH
- Hidróxido de sodio NaOH
- Hidróxido de potasio KOH
- Hidróxido de amonio NH4OH
- Hidróxido de calcio Ca(OH)2
- Hidróxido de bario Ba(OH)2
- Hidróxido de berilio Be(OH)2
- Hidróxido de estroncio Sr(OH)2
- Hidróxido de zinc Zn(OH)2
- Hidróxido de hierro Fe(OH)
- Metóxido de sodio
Ejemplos de bases débiles
- Cafeína
- Anilina
- Amoniaco
- Promidina
- Metilamina
Características de las soluciones neutras
Las sustancias que tienen un pH igual o muy cercano a 7 se denominan neutras. En estas no hay predominio de iones H+ o de OH-.
Estas soluciones no provocan cambios en los indicadores ácido-base, no son corrosivas y tienen una concentración similar de H+ y OH-.
La sangre, la leche, el jabón líquido y el agua destilada son ejemplos de sustancias neutras
¿Cómo identificar un ácido?
Los ácidos se encuentran en muchas sustancias. Como mencionamos anteriormente, a mayor concentración de iones H+, el ácido será más fuerte. Al poner en agua un ácido se crea una solución en la que el ácido libera un protón (ion de hidrógeno), lo que implica que los iones positivos y negativos ya no estén equilibrados y toda la solución se vuelve ácida.
Diferencia entre ácidos y bases
Los ácidos liberan iones de hidrógeno (H+) en soluciones acuosas, mientras que las bases ceden protones hidroxilo (OH-).
Los ácidos son sustancias con pH de 0 a 6, mientras que las bases o sustancias alcalinas tienen pH de 8 a 14.
Los ácidos tienen un sabor agrio, mientras que las bases tienen un sabor amargo.
Los ácidos son potencialmente corrosivos en metales, pueden causar quemaduras químicas en la piel y daños respiratorios en caso de inhalar sus vapores, mientras que las bases tienen un efecto cáustico en la materia orgánica.
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