desarrollo históricoEditar

El concepto de una reacción ácido-base fue propuesto por primera vez en 1754 por Guillaume-François Rouelle, quien introdujo la palabra «base» en la química para significar una sustancia que reacciona con un ácido para darle forma sólida (como una sal).

la teoría del oxígeno de los ácidos de Lavoisiereditar

El primer concepto científico de ácidos y bases fue proporcionado por Lavoisier alrededor de 1776., Dado que el conocimiento de Lavoisier de los ácidos fuertes se restringió principalmente a los oxoácidos, como hno
3 (ácido nítrico) y H
2so
4 (ácido sulfúrico), que tienden a contener átomos centrales en estados de alta oxidación rodeados de oxígeno, y dado que no era consciente de la verdadera composición de los ácidos hidrohálicos (HF, HCl, HBr y HI), definió los ácidos en términos de su contenido de oxígeno, que de hecho nombró de palabras griegas que significan «ácido-anterior» (del griego οξυς (oxys) que significa «ácido» o «agudo» y γεινομαι (GEINOMAI) que significa «engendrar»)., La definición de Lavoisier se mantuvo durante más de 30 años, hasta el artículo de 1810 y posteriores conferencias de Sir Humphry Davy en el que demostró la falta de oxígeno en H
2S, H2Te, y los ácidos hidrohálicos. Sin embargo, Davy no pudo desarrollar una nueva teoría, concluyendo que «la acidez no depende de ninguna sustancia elemental en particular, sino de la disposición peculiar de varias sustancias». Una modificación notable de la teoría del oxígeno fue proporcionada por Jöns Jacob Berzelius, quien declaró que los ácidos son óxidos de no metales, mientras que las bases son óxidos de metales.,

la teoría del hidrógeno de Liebigeditar

en 1838, Justus von Liebig propuso que un ácido es un compuesto que contiene hidrógeno cuyo hidrógeno puede ser reemplazado por un metal. Esta redefinición se basó en su extenso trabajo sobre la composición química de los ácidos orgánicos, terminando el cambio doctrinal de ácidos basados en oxígeno a ácidos basados en hidrógeno iniciado por Davy. La definición de Liebig, aunque completamente empírica, permaneció en uso durante casi 50 años hasta la adopción de la definición de Arrhenius.,

Arrhenius definitioneditar

La primera definición moderna de ácidos y bases en términos moleculares fue ideada por Svante Arrhenius. Una teoría del hidrógeno de los ácidos, que siguió de su trabajo de 1884 con Friedrich Wilhelm Ostwald en el establecimiento de la presencia de iones en solución acuosa y llevó a Arrhenius recibir el Premio Nobel de Química en 1903.

como se define por Arrhenius:

• Un ácido de Arrhenius es una sustancia que se disocia en agua para formar iones de hidrógeno (H+); es decir, un ácido aumenta la concentración de iones H+ en una solución acuosa.,

esto provoca la protonación del agua, o la creación del ion hidronio (H3O+). Por lo tanto, en los tiempos modernos, el símbolo H+ se interpreta como una abreviatura de H3O+, porque ahora se sabe que un protón desnudo no existe como una especie libre en solución acuosa.

• una base Arrhenius es una sustancia que se disocia en agua para formar iones hidróxido (OH−); es decir, una base Aumenta la concentración de iones OH− en una solución acuosa.,»

Las definiciones de Arrhenius de acidez y alcalinidad están restringidas a soluciones acuosas, y se refieren a la concentración de los iones solventes. Bajo esta definición, el H2SO4 puro y el HCl disuelto en tolueno no son ácidos, y el NaOH fundido y las soluciones de amida de calcio en amoníaco líquido no son alcalinas. Esto llevó al desarrollo de la teoría de Brønsted-Lowry y posterior teoría de Lewis para dar cuenta de estas excepciones no acuosas.,

En general, para calificar como un ácido de Arrhenius, en la introducción al agua, el producto químico debe causar, directamente o de otra manera:

• Un aumento en la concentración acuosa de hidronio, o
• Una disminución en la concentración acuosa de hidróxido.

por el contrario, para calificar como una base de Arrhenius, en la introducción al agua, el producto químico debe causar, directamente o de otra manera:

• Una disminución en la concentración acuosa de hidronio, o
• Un aumento en la concentración acuosa de hidróxido.,

la reacción de un ácido con una base se llama reacción de neutralización. Los productos de esta reacción son una sal y agua.

ácido + base → sal + agua

en esta representación tradicional, una reacción de neutralización ácido–base se formula como una reacción de doble reemplazo. Por ejemplo, la reacción de ácido clorhídrico, HCl, con hidróxido de sodio, NaOH, soluciones produce una solución de cloruro de sodio, NaCl, y algunas moléculas de agua adicionales.,

HCl(AQ) + NaOH(AQ) → NaCl (AQ) + H2O

el modificador (aq) en esta ecuación fue implícito por Arrhenius, en lugar de ser incluido explícitamente. Indica que las sustancias se disuelven en agua. Aunque las tres sustancias, HCl, NaOH y NaCl son capaces de existir como compuestos puros, en soluciones acuosas se disocian completamente en los iones acuados H+, Cl -, Na + y OH -.,

Brønsted–Lowry definitionEdit

Johannes Nicolaus Brønsted y Thomas Martin Lowry

La definición de Brønsted–Lowry, formulada en 1923, independientemente por Johannes Nicolaus Brønsted en Dinamarca y Martin Lowry en Inglaterra, se basa en la idea de la protonación de bases a través de la desprotonación de ácidos, es decir, la capacidad de los ácidos para «donar» iones de hidrógeno (H+), también conocidos como protones, a las bases, que los «aceptan».,

una reacción ácido–base es, por lo tanto, la eliminación de un ion hidrógeno del ácido y su adición a la base. La eliminación de un ion hidrógeno de un ácido produce su base conjugada, que es el ácido con un ion hidrógeno eliminado. La recepción de un protón por una base produce su ácido conjugado, que es la base con un ion de hidrógeno añadido.

a diferencia de las definiciones anteriores, la definición de Brønsted–Lowry no se refiere a la formación de sal y solvente, sino a la formación de ácidos conjugados y bases conjugadas, producidas por la transferencia de un protón del ácido a la base., En este enfoque, los ácidos y las bases son fundamentalmente diferentes en comportamiento de las sales, que se ven como electrolitos, sujetas a las teorías de Debye, Debager y otros. Un ácido y una base reaccionan no para producir una sal y un solvente, sino para formar un nuevo ácido y una nueva base. Por lo tanto, el concepto de neutralización está ausente. El comportamiento ácido–base de Brønsted–Lowry es formalmente independiente de cualquier solvente, haciéndolo más abarcador que el modelo de Arrhenius. El cálculo del pH bajo el modelo de Arrhenius dependía de la disolución de álcalis (bases) en agua (solución acuosa)., El modelo Brønsted–Lowry expandió lo que podía ser probado con pH utilizando soluciones insolubles y solubles (gas, líquido, sólido).

la fórmula general para las reacciones ácido–base de acuerdo con la definición de Brønsted–Lowry es:

HA + B → BH+ + A−

donde HA representa el ácido, B representa la base, BH+ representa el ácido conjugado de B, Y A− representa la base conjugada de HA.,

por ejemplo, un modelo de Brønsted-Lowry para la disociación del ácido clorhídrico (HCl) en solución acuosa sería el siguiente:

HCl + H2O H H3O+ + Cl−

la eliminación de H+ del HCl produce el ion cloruro, Cl−, la base conjugada del ácido. La adición de H+ Al H2O (actuando como base) forma el ion hidronio, H3O+, el ácido conjugado de la base.

el agua es anfotérica, es decir, puede actuar tanto como ácido como base., El modelo de Brønsted-Lowry explica esto, mostrando la disociación del agua en bajas concentraciones de iones hidronio e hidróxido:

H2O + H2O H H3O + + OH –

esta ecuación se demuestra en la siguiente imagen:

Aquí, una molécula de agua actúa como un ácido, donando un H+ y formando la base conjugada, OH−, y una segunda molécula de agua actúa como una base, aceptando el ion H+ y formando el ácido conjugado, H3O+.

como ejemplo de agua que actúa como un ácido, considere una solución acuosa de piridina, C5H5N.,

C5H5N + H2O OH + + OH−

en este ejemplo, una molécula de agua se divide en un ion hidrógeno, que se dona a una molécula de piridina, y un ion hidróxido.

en el modelo Brønsted-Lowry, el disolvente no tiene que ser necesariamente agua, como se requiere en el modelo ácido-Base de Arrhenius. Por ejemplo, considere lo que sucede cuando el ácido acético, CH3COOH, se disuelve en amoníaco líquido.

CH
3COOH + NH
3 NH NH +
4 + CH
3COO –

un ion H + se elimina del ácido acético, formando su base conjugada, el ion acetato, CH3COO -., La adición de un ion H+ a una molécula de amoníaco del solvente crea su ácido conjugado, el ion amonio, NH+

el modelo de Brønsted–Lowry llama ácidos a sustancias que contienen hidrógeno (como HCl). Por lo tanto, algunas sustancias, que muchos químicos consideran ácidos, como el SO3 o el BCl3, están excluidas de esta clasificación debido a la falta de hidrógeno. Gilbert N., Lewis escribió en 1938: «restringir el grupo de ácidos a aquellas sustancias que contienen hidrógeno interfiere tan seriamente con la comprensión sistemática de la química como lo haría la restricción del término agente oxidante a sustancias que contienen oxígeno.»Además, KOH y KNH2 no se consideran bases de Brønsted, sino sales que contienen las bases OH− y NH−

definición de Lewis. edit

El requisito de hidrógeno de Arrhenius y Brønsted-Lowry fue eliminado por la definición de Lewis de reacciones ácido–base, ideada por Gilbert N., Lewis en 1923, en el mismo año que Brønsted–Lowry, pero no fue elaborado por él hasta 1938. En lugar de definir las reacciones ácido–base en términos de protones u otras sustancias enlazadas, La definición de Lewis define una base (conocida como una base de Lewis) como un compuesto que puede donar un par de electrones, y un ácido (un ácido de Lewis) como un compuesto que puede recibir este par de electrones.

por ejemplo, el trifluoruro de boro, BF3 es un ácido típico de Lewis. Puede aceptar un par de electrones ya que tiene una vacante en su octeto. El ion fluoruro tiene un octeto completo y puede donar un par de electrones., Por lo tanto

BF3 + F – → bf –
4

es una reacción típica del ácido de Lewis, De La base de Lewis. Todos los compuestos de los elementos del Grupo 13 con una fórmula AX3 pueden comportarse como ácidos de Lewis. De manera similar, los compuestos del grupo 15 con una fórmula DY3, como aminas, NR3, y fosfinas, PR3, pueden comportarse como bases de Lewis. Los aductos entre ellos tienen la fórmula x3a←DY3 con un enlace covalente dativo, mostrado simbólicamente como ←, entre los átomos a (aceptor) y D (donante). Los compuestos del grupo 16 con una fórmula DX2 también pueden actuar como bases de Lewis; de esta manera, un compuesto como un éter, R2O, o un tioéter, R2S, puede actuar como una base de Lewis., La definición de Lewis no se limita a estos ejemplos. Por ejemplo, el monóxido de carbono actúa como una base de Lewis cuando forma un aducto con trifluoruro de boro, de Fórmula F3B←Co.

Los aductos que involucran iones metálicos se conocen como compuestos de coordinación; cada ligando dona un par de electrones al ion metálico., La reacción

+ + 2NH3 → + + 4H2O

puede verse como una reacción ácido–base en la que una base más fuerte (amoníaco) reemplaza a una más débil (agua)

Las definiciones de Lewis y Brønsted–Lowry son consistentes entre sí ya que la reacción

H+ + OH− H H2O

es una reacción ácido–base en ambas teorías.

definición del sistema de Solventeseditar

una de las limitaciones de la definición de Arrhenius es su dependencia de soluciones de agua. Edward Curtis Franklin estudió las reacciones ácido-base en amoníaco líquido en 1905 y señaló las similitudes con la teoría de Arrhenius basada en agua. Albert F.,O. Germann, trabajando con fosgeno líquido, COCl
2, formuló la teoría basada en solventes en 1925, generalizando así la definición de Arrhenius para cubrir solventes apróticos.

Germann señaló que en muchas soluciones, hay iones en equilibrio con las moléculas de solvente neutro:

• iones solvonio: un nombre genérico para los iones positivos. (El término solvonio ha reemplazado al antiguo término iones de lionio: iones positivos formados por protonación de moléculas solventes.)
• solvate ions: un nombre genérico para los iones negativos., (El término solvato ha reemplazado al término más antiguo iones liato: iones negativos formados por la desprotonación de moléculas solventes.,nd ammonium and amide, respectively: 2 H
  2O ⇌ H
  3O+
  + OH−
  2 NH
  3 ⇌ NH+
  4 + NH−
  2

  Some aprotic systems also undergo such dissociation, such as dinitrogen tetroxide into nitrosonium and nitrate, antimony trichloride into dichloroantimonium and tetrachloroantimonate, and phosgene into chlorocarboxonium and chloride:

  N
  2O
  4 ⇌ NO+
  + NO−
  3 2 SbCl
  3 ⇌ SbCl+
  2 + SbCl−
  4 COCl
  2 ⇌ COCl+
  + Cl−

  A solute that causes an increase in the concentration of the solvonium ions and a decrease in the concentration of solvate ions is defined as an acid., Un soluto que causa un aumento en la concentración de los iones solvato y una disminución en la concentración de los iones solvonio se define como una base., la definición muestra al describir las reacciones en solventes apróticos; por ejemplo, en líquido n
  2o
  4:

  + → +

  debido a que la definición del sistema de solventes depende del soluto así como del solvente mismo, un soluto particular puede ser un ácido o una base dependiendo de la elección del solvente: HClO
  4 es un ácido fuerte en agua, un ácido débil en ácido acético, y una base débil en ácido fluorosulfónico; esta característica de la teoría ha sido vista como una fuerza y una debilidad, porque se ha observado que algunas sustancias (como so
  3 y NH
  3) son ácidas o básicas por derecho propio., Por otro lado, la teoría de sistemas solventes ha sido criticada por ser demasiado general para ser útil. Además, se ha pensado que hay algo intrínsecamente ácido en los compuestos de hidrógeno, una propiedad No compartida por las sales de solvonio no hidrogénicas.

  Lux–Flood definitionEdit

  Esta teoría ácido–base fue un renacimiento de la teoría del oxígeno de ácidos y bases, propuesta por el químico alemán Hermann Lux en 1939, mejorada aún más por Håkon Flood alrededor de 1947 y todavía se utiliza en la geoquímica moderna y electroquímica de sales fundidas., Esta definición describe un ácido como un aceptor de iones de óxido (O2 –
  ) y una base como donante de iones de óxido. Por ejemplo:

  + → MgCO
  3 + → CaSiO
  3+ → NO +
  2 + 2 SO2−
  4

  Esta teoría también es útil en la sistematización de las reacciones de compuestos de gases nobles, especialmente los óxidos de xenón, fluoruros y oxofluoruros.

  Usanovich definitionEdit

  Mikhail Usanovich desarrolló una teoría general que no restringe la acidez a los compuestos que contienen hidrógeno, pero su enfoque, publicado en 1938, fue incluso más general que la teoría de Lewis., La teoría de Usanovich se puede resumir como definir un ácido como cualquier cosa que acepta especies negativas o dona especies positivas, y una base como lo contrario. Esto definió el concepto de redox (oxidación-reducción) como un caso especial de reacciones ácido–base

  algunos ejemplos de reacciones ácido–base de Usanovich incluyen:

  + → 2 Na+
  + SO2−
  4 (especies intercambiadas: O2−
  anión) + → 6 NH+
  4 + 2 SbS3−
  4 (especies intercambiadas: 3 S2−
  aniones) + → 2Na+
  + 2cl−
  (especies intercambiadas: 2 electrones)