Hoy vamos a comentar desde el punto de vista químico qué es un ácido, cómo se comporta, qué es eso del pH que aparece en todos los anuncios y por qué tiene que ser neutro. Todo explicado de manera sencilla y para todos los públicos. Empezamos...
¿Qué es un ácido?
El diccionario de la Real Academia de la Lengua define al ácido como "Sustancia que en disolución aumenta la concentración de iones hidrógeno y que se combina con las bases para formar sales". De esta definición sacamos en claro que:
- Tienen hidrógeno (y es muy importante)
- Lo contrario a un ácido es una base (por tanto lo contrario a algo ácido es algo básico)
- Al juntar un ácido y una base se forma (en general) algún tipo de sal.
Los ácidos, desde antiguo, se han caracterizado por ciertas propiedades, mayoritariamente organolépticas, que permiten identificarlos:
- Tienen sabor agrio, como en el caso del ácido cítrico en la naranja y el limón.
- Son corrosivos y producen quemaduras en la piel.
- Son buenos conductores de la electricidad en disoluciones acuosas.
- Reaccionan con metales activos formando sal e hidrógeno.
- Reaccionan con bases y óxidos metálicos para formar sal más agua.
Aunque no todos los ácidos son corrosivos y producen quemaduras muchos de ellos sí que las producen, especialmente los ácidos fuertes que ahora diremos cuáles son.
Vamos a ver también una clasificación histórica y vamos a ver cómo se han definido y clasificado durante la historia:
Ácidos de Arrhenius
En el siglo XIX, Svante Arrhenius atribuyó las propiedades de los ácidos a la cesión de iones de hidrógeno, especialmente al ión H+. Este ión en disolución acuosa forma iones H3O+ o cationes hidronio que les proporciona sus propiedades (y del que, personalmente, estoy bastante en contra, ya que no sólo se asocia a una sola molécula de agua, si no a varias). Por contra, para Arrhenius, una base es aquella especie que cede iones OH-, aquellos necesarios para que al combinarse forme agua.
Además, descubrió que el agua se autodisocia y asocia formando estos iones en una proporción definida mediante el siguiente equilibrio:
Además, descubrió que el agua se autodisocia y asocia formando estos iones en una proporción definida mediante el siguiente equilibrio:
H2O ⇆ H+ + OH-
Este equilibrio implica que una de cada 1014 moléculas se disocia espontáneamente para formar estos iones y, si alguna de las especies sube de concentración, ya sea por la adición de un ácido o una base, la concentración de la otra especie se modifica para que el producto sus concentraciones siga constante.
Debido a que estas proporciones cambia, se decidió escoger un parámetro para medir estas concentraciones y saber cuando algo es ácido o básico. Como hemos visto, el producto de las concentraciones de H+ y OH- es de 10-14, por lo que, en el agua pura, hay una concentración de cada uno de 10-7. Ya que estos números son un poco complicados de manejar (ya que 10-7 es 0.0000001) se decidió eliminar el 10 y el -, dejando únicamente el número del exponente. Este tipo de operaciones se denominan p (logaritmo cambiado de signo), por lo que para el H+ es el pH. Por las propiedades de los logaritmos, obtenemos finalmente que pH + pOH = 14, por tanto, el agua pura tiene un pH de 7 así como un pOH de 7. A estas condiciones se las denomina pH neutro.
Si añadimos un ácido hasta subir la concentración de H+ a 0.01 (10-2), entonces tendremos una disolución con un pH de 2 (y un pOH de 12), es decir, una disolución ácida. Si, por contra, añadimos una base hasta una concentración de OH- de 0.01 (10-2), entonces la disolución resultante tendrá un pOH de 2 y un pH de 12, es decir, una disolución básica.
Este pH se puede medir fácilmente con papel de tornasol o papel pH que ofrece un valor aproximado (precisión de menos de una unidad) y se puede comprar por menos de 4€ por internet. Si se necesitan medidas más precisas, se recurre a un pHmetro (peachímetro) que mide la concentración de H+ empleando un electrodo de vidrio.
Existe otra teoría sobre los ácidos, la teoría de Lewis, en la que todos los ácidos de Brønsted son ácidos de Lewis pero no todos los ácidos de Lewis son ácidos de Brønsted y cuyo uso es mayoritariamente en reacciones organometálicas de formación de complejos. Por eso, no voy a entrar en más detalle.
Entonces, ¿por qué pone que los champús de pH 5.5 son de pH neutro cuando son ácidos?
Esto se debe a que la piel es ligeramente ácida debido a que en la superficie de nuestra piel habitan miles de microorganismos que se alimentan de la suciedad. Pero no son negativos para nuestro cuerpo, ya que gracias al carácter ácido que presenta el pH de nuestra dermis, es posible inhibir el crecimiento de bacterias y patógenos, además de actuar como una barrera perfecta ante posibles procesos de oxidación.
De esta forma, si utilizamos un jabón con un pH diferente al del nivel de la piel (5.5), podemos llegar a alterar la función de estos microorganismos. Cuando hablamos de jabones con pH neutro (también de nivel 5.5), no nos referimos a que el pH es neutro en términos generales (ya que en este caso debería situarse en el nivel 7), sino que nos estamos refiriendo a que los niveles de pH de esta materia son neutros ante nuestra piel, evitando la alteración de los microorganismos que nos protegen de los patógenos.
Debido a que estas proporciones cambia, se decidió escoger un parámetro para medir estas concentraciones y saber cuando algo es ácido o básico. Como hemos visto, el producto de las concentraciones de H+ y OH- es de 10-14, por lo que, en el agua pura, hay una concentración de cada uno de 10-7. Ya que estos números son un poco complicados de manejar (ya que 10-7 es 0.0000001) se decidió eliminar el 10 y el -, dejando únicamente el número del exponente. Este tipo de operaciones se denominan p (logaritmo cambiado de signo), por lo que para el H+ es el pH. Por las propiedades de los logaritmos, obtenemos finalmente que pH + pOH = 14, por tanto, el agua pura tiene un pH de 7 así como un pOH de 7. A estas condiciones se las denomina pH neutro.
Si añadimos un ácido hasta subir la concentración de H+ a 0.01 (10-2), entonces tendremos una disolución con un pH de 2 (y un pOH de 12), es decir, una disolución ácida. Si, por contra, añadimos una base hasta una concentración de OH- de 0.01 (10-2), entonces la disolución resultante tendrá un pOH de 2 y un pH de 12, es decir, una disolución básica.
Este pH se puede medir fácilmente con papel de tornasol o papel pH que ofrece un valor aproximado (precisión de menos de una unidad) y se puede comprar por menos de 4€ por internet. Si se necesitan medidas más precisas, se recurre a un pHmetro (peachímetro) que mide la concentración de H+ empleando un electrodo de vidrio.
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| Papel pH https://es.aliexpress.com/item/High-Quality-5m-pH-Alkaline-Acid-Test-Paper-Water-Litmus-Testing-For-Gardening-Aquarium-Plant/32652483304.html?src=google&albslr=222106150&isdl=y&aff_short_key=UneMJZVf&source=%7Bifdyn:dyn%7D%7Bifpla:pla%7D%7Bifdbm:DBM&albch=DID%7D&src=google&albch=shopping&acnt=494-037-6276&isdl=y&albcp=652736826&albag=32471627666&slnk=&trgt=61865531738&plac=&crea=es32652483304&netw=g&device=c&mtctp=&gclid=CjwKCAiAz-7UBRBAEiwAVrz-9ePOOjCtNxM-6FjDAvyYBYJtYSi4RWGVLDlDr5RbAXLF3neAlBi_vBoCyFEQAvD_BwE |
Ácidos de Brønsted-Lowry
La definición de Arrhenius funcionaba de maravilla en disoluciones acuosas pero fallaba en otro tipo de disolventes como amoníaco o disolventes orgánicos por lo que, en 1923, los químicos Johannes Nicolaus Brønsted y Thomas Martin Lowry reconocieron independientemente que las reacciones ácido-base involucran la transferencia de un protón. Un ácido de Brønsted-Lowry (o simplemente ácido de Brønsted) es una especie que dona un protón mientras que una base es aquella que acepta protones. Esta teoría implica que el receptor del protón no tiene que ser necesariamente el agua, si no que lo puede captar cualquier base. De este modo reacciones en medios distintos al agua pueden ser explicadas.Existe otra teoría sobre los ácidos, la teoría de Lewis, en la que todos los ácidos de Brønsted son ácidos de Lewis pero no todos los ácidos de Lewis son ácidos de Brønsted y cuyo uso es mayoritariamente en reacciones organometálicas de formación de complejos. Por eso, no voy a entrar en más detalle.
Entonces, ¿por qué pone que los champús de pH 5.5 son de pH neutro cuando son ácidos?
Esto se debe a que la piel es ligeramente ácida debido a que en la superficie de nuestra piel habitan miles de microorganismos que se alimentan de la suciedad. Pero no son negativos para nuestro cuerpo, ya que gracias al carácter ácido que presenta el pH de nuestra dermis, es posible inhibir el crecimiento de bacterias y patógenos, además de actuar como una barrera perfecta ante posibles procesos de oxidación.
De esta forma, si utilizamos un jabón con un pH diferente al del nivel de la piel (5.5), podemos llegar a alterar la función de estos microorganismos. Cuando hablamos de jabones con pH neutro (también de nivel 5.5), no nos referimos a que el pH es neutro en términos generales (ya que en este caso debería situarse en el nivel 7), sino que nos estamos refiriendo a que los niveles de pH de esta materia son neutros ante nuestra piel, evitando la alteración de los microorganismos que nos protegen de los patógenos.
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| Champú a pH neutro (pH 5.5) https://www.amazon.it/Neutromed-Antibatterico-Detergente-Nutriente-Naturale/dp/B00XI7XYBO |
Fuerza de los ácidos
La fuerza de los ácidos (y de las bases) se puede medir añadiendo la misma cantidad de diferentes ácidos en la misma cantidad de agua y midiendo el pH de cada disolución. De esta manera, el que tenga el pH más bajo es más ácido (hasta aquí, bastante fácil). Por tanto, esta fuerza depende de la fracción de iones H+- Ácido sulfúrico (H2SO4, sólo la cesión del primer H)
- Ácido nítrico (HNO3)
- Ácido perclórico (HClO4)
- Ácido clorhídrico (HCl)
- Ácido bromhídrico (HBr)
- Ácido yodhídrico (HI)
También hay bases fuertes pero son principalmente dos grupos:
- Hidróxidos de alcalinos y alcalinotérreos (p. ej. NaOH)
- Hidruros (compuestos con iones H-)
Otros ácidos de interés
En la vida cotidiana usamos muchos compuestos ácidos, aparte de los ya comentados, que nos ayudan a llevar una vida mejor o simplemente están presentes. Si empezamos con los ácidos orgánicos, el ácido más simple el ácido fórmico (ácido metanoico) debe su nombre a las hormigas (formica, en latín) ya que es el ácido que inyectan éstas cuando pican. También es el el compuesto que causa uticaria y picazon cuando nos arrimamos a las ortigas. Supongo que muchos de vosotros sabreis cuál es. El segundo más sencillo, el acido acético (ácido etanoico) es el ácido que proporciona la acidez al vinagre, proveniente de la oxidación del etanol del vino con el que se produce el vinagre. Está presente en muchas rutas metabólicas, siendo la molécula más sencilla a partir de la cual generar glucosa o grasas. Otros ácidos muy conocidos son el famoso ácido acetilsalicílico (la Aspirina de toda la vida) con el que la marca Bayer se hizo de oro aliviando muchos dolores de cabeza, aunque su ácido original, el ácido salicílico, también se emplea como analgésico. Otro medicamento al que recurre mucha gente, el ibuprofeno (no pongo el nombre porque es muy largo pero si hay interés puedes buscarlo) también es un compuesto ácido, así como todos los profenos, compuestos de la misma familia y con propiedades parecidas (naproxeno, Enantyum, etc..)Creo que el post de esta semana me ha quedado ya suficientemente largo, jeje. Si teneis alguna duda o queréis más información sobre este tema (u otro cualquiera) podéis dejarmelo abajo en los comentarios o en la página de Facebook. Se agradece todo el apoyo y que compartáis para que todo el mucho sepa qué es un ácido y qué es el pH. Nada más por hoy, nos vemos la semana que viene en The Call Of Chemistry!
Nos vemos!!
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