Bloque 4

La formación de nuevos materiales

1. Importancia de los ácidos y las bases en la vida cotidiana y en la industria

Propiedades y representación de ácidos y bases.

2. ¿Por qué evitar el consumo frecuente de los “alimentos ácidos”?

Importancia de una dieta correcta.

3. Importancia de las reacciones de óxido y de reducción

Características y representaciones de las reacciones redox.
Número de oxidación.

4. Proyectos: ahora tú explora, experimenta y actúa (preguntas opcionales)
Integración y aplicación

¿Cómo evitar la corrosión?
¿Cuál es el impacto de los combustibles y posibles alternativas

de solución?

I. Importancia de los ácidos y bases en la vida contidiana y en la industria

1. Los ácidos y las bases en la vida cotidiana.

Ácidos y bases: ¿Qué son?

Muchos jugos y vinagres saben ácidos. El término ácido proviene del latín acere, que hace referencia al sabor agrio de los ácidos, Esto se sabe desde hace miles de años, pero no fue hasta el siglo XVII que el químico Robert Boyle definió a los ácidos y a sus contrarios, las bases, en función de sus características físicas:

Los Ácidos tienen un sabor ácido,corroen el metal, cambian las antocianinas y otros pigmentos vegetales a rojo, y se vuelven menos ácidos cuando se mezclan con las bases.

Las Bases son resbaladizas (como el jabón), cambian cambian las antocianinas y otros pigmentos vegetales a azul, y se vuelven menos básicas cuando se mezclan con ácidos.

Pero pasaron cerca de 200 años para que alguien explicara por qué los ácidos y las bases se comportan de esa manera. En 1800, el científico suizo Svante Arrhenius explico que los ácidos son sustancias que, al disolverse en el agua se ionizan, siendo uno de sus iones el H+, en tanto que las bases, al ionizarse, producen OH-.

Por ejemplo, el HCL (ácido clorhídrico) se ioniza al disolverse en agua de la siguiente manera:

HCl --------> H+(aq) + Cl-(aq)

Y el NaOH (hidróxido de sodio, una base), se disuelve en agua de la siguiente manera:

NaOH --------> Na+(aq) + OH-(aq)

Limitaciones del modelo de Arrhenius

Aunque la definición de Arrhenius aún se utiliza para explicar la naturaleza de los ácidos y las bases, tiene las siguientes limitaciones:

Sólo es válida para disoluciones acuosas; no explica el comportamiento ácido de algunas sustancias que no están disueltas en agua.
No explica el carácter básico de algunas sustancias que no poseen OH en su molécula.
Los iones H+ no pueden existir como tales; inmediatamente se reaccionan con una molécula de agua para formar iones H3O+ (iones hidronio).

Modelo de Brönsted-Lowry

Para salvar estas limitaciones del modelo de Arrhenius, Brönsted y Lowry, en trabajos independientes, explicaron en 1923 que los ácidos son donadores de protones a las bases, mientras que las bases se comportan como aceptadoras de protones de los ácidos.

En este modelo, para que un ácido se manifieste, debe haber una base, y viceversa.

Reacciones de neutralización

Una reación de neutralización es aquélla en la cual reacciona un ácido con una base . En la reacción se forma una sal y agua.

Ácido + base = sal + agua

Considera los siguientes ejemplos:

El ácido clorhídrico reacciona con el hidróxido de sodio para formar cloruro de sodio más agua.

HCl + NaOH ---> NaCl + H2O

El ácido sulfúrico reacciona con el hidróxido de magnesio para formar sulfato de magnesio más agua.

H2SO4 + Mg (HO)2 ---> MgSO4 + 2H2O

Ejemplos de usos y aplicaciones de las neutralizaciones:

Una aplicación de las reacciones de neutralización es el efecto de los antiácidos para contrarrestar la acidez estomacal.

En la industria de textil, para poder teñir los tejidos, se puede hacer en medio ácido o alcalino, según el tipo de tejido y colorante que se vaya a aplicar, para posteriormente someterlo a neutralización, a veces por lavados suscesivos.

En la industria de los alimentos, en los que es necesario modificar el pH de los mismos con la finalidad de conservarlos.

La industria del curtido de pieles es un ejemplo de modificación del pH, pues las pieles deben someterse a tratamientos alcalinos con cal y luego se pueden tratar con soluciones ácidas para su neutralización

2. ¿Qué tan ácida es una sustancia? El pH de las sustancias.

El grado de acidez o alcalinidad de una sustancia o de una solución (pH) se mide en una escala que va de 0 a 14, siendo 0 el valor de las sustancias más ácidas y 14 el valor de las sustancias más alcalinas o básicas.

El valor central, o sea el 7, es el valor del pH para las sustancias que neutras, es decir, aquellas que no son ni básicas ni ácidas, como el agua pura o destilada (figura inferior).

El valor del pH se refiere a la concentración de iones H3O+ en moles por litro de solución.

El agua destilada o pura tiene una concentración de iones hidronio de 0.0000001 moles por litro.

Como 0.0000001 es igual a 10^-7, si tomamos el valor positivo del exponente (-7), ese será el valor del pH de una solución neutra.

Si la concentración de iones hidronio en una solución fuera de 0.000001 o 10^-6, su pH sería de 6 (el valor del exponente de base diez SIN el signo)

Esto significa que la concentración de iones hidronio aumenta 10 veces cuando el valor del pH aumenta en una unidad.

En la imagen de la derecha, [H3O+] es la concentración de iones hidronio

en moles por litro (moles/litro) en una solución. Del lado derecho está el valor del pH correspondiente a dicha concentración.

Para el valor extremo de acidez, la concentración de iones hidronio es 10^0, que es igual a 1 mol/litro de iones hidronio.

Para el valor extremo der alcalinidad o bisicidad, la concentración de iones hidronio es igual a 10^-14, que es igual 0.00000000000001moles/litro de iones hidronio (unaconcentración muy pequeña de iones hidronio)

Usos de los ácidos y las bases.

Uno de los principales usos de las bases es la de neutralizar la acidez estomacal, que se produce cuando el estómago produce demasiado ácido clorhídrico. Para ello, se utilizan los hidróxidos de calcio, magnesio o aluminio, que son bases débiles, o el bicarbonato de sodio.

El pH óptimo de los suelos para que los cultivos se desarrollen sin problemas va de 5.5 a 7. Cuando el pH sale de este rango se pueden utilizar correctores, tales como la cal para elevar el pH o algún sulfato para bajarlo.

Las bases pueden reaccionar con las grasas para producir un jabón mas glicerina, por ejemplo:

grasa + hidróxido de sodio → jabón + glicerina

por lo que se usan en la fabricación de jabones. Además, se utilizan para destapar conductos de desagüe obstruídos en los hogares.

Las sales producto de la reacción de ácidos y bases son ampliamente utilizadas como fertilizantes; tal es el caso del nitrato de amonio, el nitrato de calcio, etc.

Hidróxido de sodio(NaOH): Es una base muy importante en la industria, se conoce como sosa cáustica, se utiliza en la fabricación de papel, jabones y refinación de petróleo, recuperación de caucho entre otras cosas. También se encuentra en los detergentes, limpiadores de hornos y sustancias destapa caños. El NaOH convierte las grasas en jabón. Es un eficaz limpiador.
Ácido sulfúrico: utilizada para crear fertilizantes pero que ayuda a la producción de lluvia ácida.
Hidróxido de amonio(NH 4 OH): Es lo que conocemos como amoniaco, a bajas temperaturas es un sólido blanco cristalino que se usa como limpiador de drenajes y hornos, también se aplica en la fabricación de jabón y productos químicos.
Ácido nítrico: tienen enorme importancia industrial y en particular para la agricultura pues las reservas naturales de abonos naturales como el salitre son insuficientes para satisfacer las necesidades de los cultivos.
Hidróxido de calcio( Ca(OH) 2 ): Ablanda las aguas duras, ya que elimina los iones de calcio y magnesio, combate la sarna y limpia las heridas de las mascotas.