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Concepto de Bronsted-Lowry
El concepto de Bronsted-Lowry de ácidos y bases es un modelo importante para entender las reacciones químicas y el equilibrio en química. Desarrollado por el químico danés Johannes Nicolaus Bronsted y el químico inglés Thomas Martin Lowry en 1923, esta teoría se centra en el movimiento de protones (iones H +) entre sustancias.
Definiciones básicas
Según el concepto de Bronsted-Lowry:
- Ácido: Una sustancia que dona protones (iones H +) a otra sustancia.
- Base: Una sustancia que acepta protones (iones H +) de otra sustancia.
La capacidad de donar o aceptar un protón define la naturaleza ácida o básica de un compuesto en la teoría de Bronsted-Lowry. Este concepto amplía la teoría de Arrhenius y proporciona un enfoque más general que se aplica a una amplia gama de reacciones químicas, incluidas las reacciones en soluciones no acuosas.
Equilibrio ácido-base
Un aspecto importante de la teoría de Bronsted-Lowry es el concepto de equilibrio en las reacciones ácido-base. Una reacción ácido-base puede representarse como:
HA + B ⇌ A- + HB+
En esta reacción:
HA
es el ácido que dona un protón a la baseB
, formando la base conjugadaA-
.B
acepta el protón y forma el ácido conjugadoHB+
.- Esta reacción es reversible, alcanzando un estado de equilibrio.
Pareja ácido-base conjugada
Cada ácido tiene una base conjugada, y cada base tiene un ácido conjugado. Esto se debe a la naturaleza reversible de las reacciones de transferencia de protones. La base conjugada es la especie que queda después de que el ácido dona su protón, y el ácido conjugado es la especie que se forma cuando la base acepta un protón.
Por ejemplo, en la reacción:
NH4+ + OH- ⇌ NH3 + H2O
Aquí, NH4+
es el ácido y OH-
es la base. Después de la reacción:
NH3
(amoniaco) es la base conjugada deNH4+
.H2O
(agua) es el ácido conjugado de la baseOH-
.
Visualización de reacciones ácido-base
Representemos gráficamente la reacción ácido-base:
En esta ilustración, la línea azul sólida muestra la reacción directa donde HA
dona un protón a B
para formar A-
y HB+
. La línea discontinua muestra la reacción inversa, ilustrando la naturaleza dinámica del equilibrio.
Agua: Un caso especial
En el marco de Bronsted-Lowry, el agua es una sustancia anfotérica. Las sustancias anfotéricas pueden actuar como ácidos o bases, dependiendo de las condiciones de la reacción. Aquí hay algunos ejemplos:
HCl + H2O ⇌ Cl- + H3O+
En el primer ejemplo, el agua actúa como una base, aceptando un protón del ácido clorhídrico (HCl
) para formar un ion hidronio (H3O+
).
NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH-
En el segundo ejemplo, el agua actúa como un ácido, donando un protón al amoníaco (NH3
) para formar un ion hidróxido (OH-
).
Esta capacidad de comportarse como un ácido y una base hace que el agua sea un medio versátil para las reacciones ácido-base en solución acuosa.
Fuerza de ácidos y bases
La fuerza de los ácidos y las bases se determina por su tendencia a donar o aceptar protones:
- Ácido fuerte: Se disocia completamente en la reacción, donando prontamente un protón. Por ejemplo, el ácido clorhídrico (HCl).
- Ácido débil: Se disocia parcialmente, no todas las moléculas donan protones. Por ejemplo, el ácido acético (CH3COOH).
- Base fuerte: Acepta completamente protones en la reacción. Por ejemplo, el hidróxido de sodio (NaOH).
- Base débil: Acepta parcialmente protones, como el amoníaco (
NH3
).
La fuerza del ácido y la base afecta la posición del equilibrio en una reacción ácido-base.
Ejemplos de reacciones de Bronsted-Lowry
Ejemplo 1: Amoníaco y agua
NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH-
En esta reacción:
NH3
es una base yH2O
actúa inicialmente como un ácido.- El ácido conjugado es
NH4+
y la base conjugada esOH-
.
Ejemplo 2: Ácido acético y agua
CH3COOH + H2O ⇌ CH3COO- + H3O+
En esta reacción:
CH3COOH
(ácido acético) es un ácido yH2O
es inicialmente una base.- La base conjugada es
CH3COO-
y el ácido conjugado esH3O+
.
Papel de los disolventes
Las reacciones de Bronsted-Lowry pueden ocurrir en una variedad de disolventes, no solo en agua. Los disolventes pueden afectar el equilibrio al estabilizar o desestabilizar ácidos y bases y sus conjugados. La capacidad del disolvente para donar o aceptar protones afecta la cinética de la reacción, proporcionando un nivel adicional de complejidad y flexibilidad en la predicción de resultados de las reacciones.
Ventajas del concepto de Bronsted-Lowry
El concepto de Bronsted-Lowry tiene varias ventajas sobre otras teorías:
- Más general: Se aplica a una gama más amplia de reacciones que la teoría de Arrhenius, que se limita a reacciones acuosas.
- Enfocándose en la transferencia de protones: Al centrarse en la transferencia de protones, proporciona una comprensión clara de los mecanismos involucrados en las reacciones ácido-base.
- Pareja conjugada: El concepto de pares ácido-base conjugados ofrece una visión sobre la reversibilidad y el equilibrio de las reacciones.
Conclusión
La teoría de Bronsted-Lowry es uno de los conceptos fundamentales en química para entender ácidos, bases y sus reacciones. Al enfatizar la transferencia de protones y el equilibrio, proporciona una comprensión más completa del comportamiento químico en diversos entornos más allá de las soluciones acuosas, conforme a principios y prácticas químicas más amplias.