7.2.1: Arrhenius Acids and Bases

en el modelo de Arrhenius, un ácido se define como un compuesto que se disocia cuando se disuelve en agua para producir un protón (H+) y un ion cargado negativamente (un anión). De hecho, los protones desnudos (H+) no vagan en solución. Siempre se asocian con al menos una, y más probablemente múltiples, moléculas de agua.,127 generalmente, los químicos usan una abreviatura para esta situación, ya sea refiriéndose al h+ en solución acuosa como un ion hidronio (denotado como H3O+) o incluso más simplemente como H+, pero no se olvide, esto es una abreviación., Un ejemplo de una reacción ácida de Arrhenius es:

HCl(g) + H2O H H3O+ (AQ) + Cl– (AQ)

o, más simplemente (y más fiel a la teoría original):

HCL(G) H H+ (aq) + Cl– (AQ) o HCL(AQ)

pero esta es realmente una forma bastante extraña de presentar la situación real, porque la molécula de HCl no interactúa con una sola molécula de agua, sino que interactúa con el agua como disolvente. Cuando el cloruro de hidrógeno(HCl) se disuelve en agua, se disocia en H+(aq) y Cl–(AQ) casi por completo., A todos los efectos, no hay moléculas de HCl en la solución. Una solución acuosa de HCl se conoce como ácido clorhídrico, que lo distingue del gas, cloruro de hidrógeno. Esta disociación es una característica de los ácidos fuertes, pero no todos los ácidos son fuertes!

una base de Arrhenius se define como un compuesto que genera iones hidróxido (–OH) cuando se disuelve en agua., Los ejemplos más comunes de bases de Arrhenius son los hidróxidos del Grupo I (metal alcalino), como el hidróxido de sodio:

NaOH(s) + H2O Na Na+(aq) + –OH(AQ) o NaOH(AQ)

nuevamente, este es un sistema de reacción que involucra tanto NaOH como agua líquida. El proceso de formación de una solución de hidróxido de sodio es igual que el que participa en la interacción entre el cloruro de sodio (NaCl) y el agua: los iones (Na+ y –OH) se separan y son solvatados (rodeados) por las moléculas de agua.,

como veremos en breve, algunos ácidos (y bases) no se ionizan completamente; algunas de las moléculas de ácido permanecen intactas cuando se disuelven en agua. Cuando esto ocurre, usamos flechas de dos cabezas indicate para indicar que la reacción es reversible, y que tanto los reactivos como los productos están presentes en la misma mezcla de reacción. Tendremos mucho más que decir sobre la duración y dirección de una reacción en el próximo capítulo. Por ahora, es suficiente entender que las reacciones ácido–base (de hecho, todas las reacciones) son reversibles a nivel molecular., En el caso de los ácidos y bases de Arrhenius simples, sin embargo, podemos suponer que la reacción procede casi exclusivamente a la derecha.

una reacción ácido–base de Arrhenius ocurre cuando un ácido disuelto (acuoso) y una base disuelta (acuosa) se mezclan. El producto de tal reacción generalmente se dice que es una sal más agua y la reacción a menudo se llama una reacción de neutralización: el ácido neutraliza la base, y viceversa., La ecuación se puede escribir así:

HCl(AQ) + NaOH(AQ) H H2O(l) + NaCl(aq)

cuando la reacción se escribe en esta forma molecular es bastante difícil ver lo que realmente está sucediendo., Si reescribimos la ecuación para mostrar todas las especies involucradas, y asumimos que el número de moléculas de HCl y NaOH son iguales, obtenemos:

H+(AQ) + Cl–(AQ) + Na+(AQ) + –OH(AQ) H H2O(l) + Na+(AQ) + Cl–(AQ) Na+(AQ) y Cl–(AQ)

aparecen en ambos lados de la ecuación; no cambian y no reaccionan (a menudo se les llama iones espectador porque no participan en la reacción)., La única reacción real que ocurre es la formación de agua: H + (aq) + –OH(AQ) H H2O (l)

la formación de agua (no la formación de una sal) es la firma de una reacción ácido–base de Arrhenius. Una serie de ácidos fuertes comunes, incluyendo ácido clorhídrico (HCl), ácido sulfúrico (H2SO4) y ácido nítrico (HNO3), reaccionan con una base fuerte como NaOH o KOH (que, al igual que los ácidos fuertes, se disocian completamente en agua) para producir agua.,

tales reacciones ácido-base son siempre exotérmicas y podemos medir el cambio de temperatura y calcular el cambio de entalpía correspondiente (ΔH) para la reacción. Independientemente del ácido fuerte o base fuerte que elija, el cambio de entalpía es siempre el mismo(aproximadamente 58 kJ/mol de H2O producido)., Esto se debe a que la única reacción neta consistente que tiene lugar en una solución de un ácido fuerte y una base fuerte es:

H+ (aq) + –OH (AQ) H H2O(l)

otro factor a tener en cuenta es que la reacción general implica la formación de un nuevo enlace entre el protón (H+) y el oxígeno del hidróxido (–Oh.) Tiene sentido que algo con una carga positiva se sintiera atraído (y unido con) una especie con carga negativa (aunque debe recordar por qué el Na+ y el Cl– no se combinan para formar cloruro de sodio sólido en solución acuosa.,) Si los enlaces se forman o no depende de la naturaleza exacta del sistema, y los cambios de entalpía y entropía que están asociados con el cambio. Volveremos a esta idea más adelante en el capítulo 8.

---