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Hola a todos.
Espero que estén muy bien. Hoy vamos a conocer las tres teorías que explican qué son los ácidos y las bases. Antes de comenzar, vamos a recordar lo más importante que aprendimos en el video pasado para tener un poco de contexto.
En primer lugar, vimos que la molécula de agua se puede autonizar, descomponer o, mejor dicho, disociar para producir dos iones importantes: el ion OH- llamado hidróxido y el ion H+ conocido como protón. Además, mencionamos que cuando se tiene una muestra de agua pura, la cantidad de iones hidróxido es igual a la cantidad de protones.
Partiendo de esto, lo más importante que aprendimos fue que los ácidos y las bases también producen este tipo de iones cuando se disuelven en agua, y eso es lo que explica las características especiales de este tipo de sustancias. En concreto, dijimos que los ácidos aumentan la cantidad de protones y las bases la cantidad de iones hidróxido. Por lo tanto, en soluciones ácidas, la cantidad de protones es mucho mayor que la de hidróxidos, mientras que en las soluciones básicas o alcalinas sucede lo contrario.
Muy bien, teniendo esto en cuenta, ahora la gran pregunta es: ¿cómo lo hacen? Es decir, ¿por qué los ácidos pueden aumentar la cantidad de protones y por qué las bases la de los hidróxidos? Para responder esta pregunta, se tienen tres teorías que, en mi opinión, dos de ellas son excelentes para entender a los ácidos y las bases, pero la tercera es una definición muy amplia y, por ello, suele ser más útil en otro tipo de temas. Pero igual vale la pena verla porque es muy interesante y, sobre todo, porque muchos de ustedes lo pidieron.
Pero bueno, vamos con la más simple, la teoría de Arrhenius. En sí, Arrhenius se basó en muchos experimentos para aterrizar sus ideas. Sin embargo, el núcleo de su teoría consiste en entender que tanto los ácidos como las bases se pueden disociar en iones, al igual que como lo hace el agua. Entonces, en pocas palabras, Arrhenius nos dice que los ácidos son sustancias que, cuando se disuelven en agua, se disocian para producir iones H+, o sea, protones.
Por ejemplo, el ácido clorhídrico se disocia en protones y en iones cloro, o en el caso del ácido nítrico, este se separa en protones y en iones nitrato. Como podrás notar, el ion negativo que se produce es diferente, pero si se trata de un ácido, los iones positivos que se liberan en el agua son protones. En cambio, las bases son sustancias que, cuando se disuelven en agua, producen iones hidróxido. Por ejemplo, si se disuelve el compuesto hidróxido de sodio, se produce el ion hidróxido y el ion sodio.
Este par de definiciones explican de manera muy directa por qué los ácidos aumentan los protones y las bases los hidróxidos. Sin embargo, esta teoría tiene una gran limitante: para que se pueda aplicar, los ácidos deben tener átomos de hidrógeno en sus fórmulas y, de forma similar, las bases deberían tener al grupo OH-. Hoy en día sabemos que esto no es estrictamente necesario. Por ejemplo, consideremos al amoníaco.
Como este compuesto tiene la fórmula NH3, uno podría pensar que se trata de un ácido. Sin embargo, cuando el amoníaco se disuelve en agua, la solución que se forma tiene todas las características de cualquier otra base, lo cual parecería imposible de acuerdo con la teoría de Arrhenius. El amoníaco no debería ser una base porque no tiene ningún OH- en su fórmula; sin embargo, sí lo es, así lo demuestran los experimentos.
Entonces, es aquí cuando entra la teoría de Brønsted y Lowry. Para entenderla, veamos qué pasa con el ejemplo del amoníaco. Al momento que se disuelve, sus moléculas comienzan a reaccionar con las del agua, que, viéndolo paso a paso, sería algo así: cuando una molécula de agua choca con una de amoníaco, uno de los átomos de hidrógeno del agua rompe su enlace y se separa, obteniendo una carga positiva. Básicamente, se genera un protón. En consecuencia, lo que resta de la molécula de agua obtiene una carga negativa, o sea, literalmente se produce un ion hidróxido.
Pero eso no es todo; al mismo tiempo que se formó el ion H+, este se une a la molécula de amoníaco, resultando en un ion con fórmula NH4+ de carga +1. Entonces, si hacemos una pausa aquí y analizamos la reacción, podrás notar que todo este proceso al final resulta en un ion positivo y en un ion hidróxido. Es por eso que el amoníaco actúa como una base.
Ahora, si queremos entender bien la definición de Brønsted y Lowry, hay que ver este proceso como si fuera un solo paso. Sería algo así: cuando reaccionan las moléculas, podríamos decir que el agua le transfiere un protón al amoníaco. Eso produce el ion hidróxido y el ion amonio. O visto desde el otro ángulo, también podríamos decir que el amoníaco acepta un protón que viene de la molécula de agua.
¿Por qué es bueno ver estos dos ángulos? Porque, en realidad, estas son las definiciones de ácido y base según la teoría de Brønsted y Lowry. Un ácido es aquella sustancia que dona un protón, como lo hizo el agua, y las bases son sustancias que aceptan protones, lo que sucedió con el amoníaco. Las definiciones de Brønsted son mucho más amplias que las de Arrhenius porque permiten comprender el mecanismo de muchas bases, no solo aquellas que tienen OH- en su fórmula.
Pero no creas que por eso está mal la teoría de Arrhenius; simplemente son dos formas distintas de ver este tipo de sustancias. Por ejemplo, pensemos de nuevo en el ácido clorhídrico. Si lo consideramos como un ácido de Arrhenius, significa que al ponerlo en agua se va a disociar produciendo protones. En cambio, si lo vemos como un ácido de Brønsted y Lowry, significa que al ponerlo en agua va a reaccionar con las moléculas de agua. Es decir, el ácido le dona un protón al agua y eso genera el ion hidronio y un ion cloro. Que, como dijimos en el video pasado, el ion hidronio y el ion H+ son lo mismo.
Entonces, ambas formas de verlo son correctas.
Pero en fin. Ahora pasemos a la última teoría, la de Lewis. Para esta teoría es necesario saber un poco sobre las estructuras de Lewis. Si ya no recuerdas mucho este tema, acá te dejo un video para que lo puedas checar. Resumiendo lo que hemos visto, según Arrhenius, los ácidos deben tener hidrógeno para producir protones, mientras que las bases deben tener al grupo OH-.
Por su parte, la teoría de Brønsted nos dice que los ácidos en efecto deben tener hidrógenos para donarlos a otra sustancia, pero las bases no necesariamente tienen que tener al ion OH-, simplemente deben ser capaces de aceptar protones. Pues bien, la teoría de Lewis va un poco más allá porque nos ayuda a explicar cómo es posible que algunas sustancias sean ácidas sin ni siquiera tener átomos de hidrógeno en su fórmula.
En esencia, Lewis describe a los ácidos y las bases en función de cómo se comportan sus electrones. Mientras los ácidos son sustancias capaces de aceptar un par de electrones, las bases son aquellas que donan un par de electrones. ¿A qué se refiere esto? Consideremos de nuevo al amoníaco.
Como acabamos de ver, sabemos que es una base porque es capaz de aceptar un protón. Ahora, si queremos entender la razón por la que puede aceptar a este ion H+, es necesario analizar su estructura de Lewis. La molécula de amoníaco se forma de un átomo de nitrógeno que se une a tres hidrógenos con enlaces sencillos y le sobra un par de electrones libres.
Esto es lo más importante. ¿Por qué? Porque cuando el amoníaco se acerca al ion H+, estos dos electrones son los que forman el nuevo enlace. Recuerda que en los enlaces covalentes se forman cuando se comparten dos electrones. Entonces, de forma similar a la teoría de Brønsted, esto lo podemos ver desde dos ángulos.
Por un lado, podemos decir que el amoníaco está donando el par de electrones del enlace, lo cual es la definición de una base de Lewis. En cambio, si lo vemos del lado del protón, este ion está aceptando el par de electrones para que se puedan unir estas moléculas, lo cual, visto desde la teoría de Lewis, es la definición de un ácido.
Y para que queden más claras estas definiciones, veamos un último ejemplo. Imagina que ahora ponemos a reaccionar al amoníaco con el compuesto trifluoruro de boro. Estos compuestos tienen una estructura similar, pero con la diferencia de que el amoníaco tiene un par de electrones libres y el boro no. Esto provoca que el amoníaco pueda donar el par de electrones para que se forme un enlace entre ellos.
Entonces, podríamos concluir esto: el amoníaco, como dona un par de electrones, viene siendo una base de Lewis, mientras que el trifluoruro de boro, que es quien acepta los dos electrones, se considera un ácido. Es justo por esto que mencionábamos que esta teoría nos permite entender cómo es que hay ciertas sustancias que se pueden clasificar como ácidos si ni siquiera tienen átomos de hidrógeno.
Aunque debería aclarar que la teoría de Lewis es un poco más extensa. Por ejemplo, aquí no estamos analizando cómo esta transferencia de electrones puede alterar la cantidad de protones e hidróxidos en una solución. Tal vez lo veamos en otro video. Sin embargo, creo que con esto es suficiente para que después logres entender cómo se aplica la teoría de Lewis en otros temas de química.
Dicho esto, aquí te dejo un pequeño resumen de las teorías de ácidos y bases. Recuerda que puedes encontrar esta imagen y más información superinteresante en nuestro Instagram.
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Nos vemos.