3º SECUNDARIA CIENCIAS INTEGRADAS ÁCIDOS Y BASES

Transcripción

1 ÁCIDOS Y BASES Cuando la leche se pone agria es porque contiene un ácido llamado láctico. El limón y el vinagre también son ácidos. Muchas de las sustancias que encontramos en nuestra vida diaria son ácidos. La tabla siguiente indica algunos ejemplos: Nombre del ácido clorhídrico etanóico metanóico cítrico láctico oxálico ascórbico tartárico tánico Dónde se encuentra estómago vinagre hormigas zumo de limón leche agria ruibarbo frutas y verduras uvas té Los ácidos que se utilizan en el laboratorio son mucho más corrosivos que los que existen en la naturaleza. Si una gota de ácido de laboratorio salpica sobre la piel o la ropa, puede producir mucho daño, por lo que debe lavarse inmediatamente con mucha cantidad de agua. Los ácidos del cuerpo El ácido clorhídrico que se encuentra en el estómago ayuda a digerir los alimentos, descomponiéndolos para que luego puedan ser absorbidos eficazmente. Por ejemplo, los hidratos de carbono y las proteínas se descomponen en otras sustancias más sencillas y digestivas, como la glucosa y los aminoácidos. La pesadez de estómago que a veces notamos después de una comida copiosa o fuerte se debe a que hay un exceso de ácido clorhídrico en el estómago. El equilibrio químico de la sangre es esencial para la salud. Un exceso de acidez en la misma puede ser fatal. Para evitarlo, la sangre tiene unas sustancias químicas especiales que evitan que la cantidad de ácidos aumente. Los ácidos en la comida y en la bebida Muchas frutas contienen ácidos, lo que les da un sabor agrio (limón, piña, naranja). Cuando el vino se expone al aire, al cabo de un cierto tiempo se convierte en vinagre. El vinagre se utiliza para conservar frutas y vegetales (pepinillos, cebollas, aceitunas, etc.). Las bebidas espumosas se preparan añadiendo anhídrido carbónico (un gas) bajo presión. Cuando el anhídrido carbónico se disuelve en el agua se transforma en un ácido débil llamado ácido carbónico. Otros usos de los ácidos Los ácidos que hay en los laboratorios tienen muchas aplicaciones. El ácido sulfúrico se utiliza en las baterías de los coches, y es la materia prima para fabricar otros muchos productos como fertilizantes, pinturas, detergentes, jabones y plásticos. El ácido nítrico también se utiliza para fabricar fertilizantes y explosivos. página 1 de 9

2 La lluvia ácida El agua de lluvia contiene una pequeña cantidad de ácido carbónico que se produce al disolver el agua el anhídrido carbónico del aire. Algunas industrias (por ejemplo, las centrales térmicas que queman combustibles fósiles) emiten a la atmósfera dióxido de azufre y dióxido de nitrógeno, que al disolverse en el agua forman los ácidos sulfuroso y nitroso, por lo que el agua de lluvia se vuelve mucho más ácida. La lluvia ácida es muy perjudicial, pues destruye los bosques, impide la vida de los peces en los lagos y favorece la corrosión de los edificios y las estructuras metálicas. Intensidad de los ácidos Algunos de los ácidos, como el vinagre, son débiles y los podemos tomar, pero otros ácidos como el sulfúrico son muy fuertes. La intensidad de los ácidos se mide mediante el ph (que significa potencial de hidrógeno). Cada ácido contiene iones de hidrógeno H +. Cuanto más fuerte es un ácido, más cantidad de iones de hidrógeno contiene. El ph es una medida de la cantidad de iones H +. Cuanto más iones tiene el ácido, más fuerte es el ácido en cuestión y más bajo es su ph,. Un ácido con un ph de 1 es mucho más fuerte que otro con un ph de 4. Una sustancia cuyo ph es de 7 se denomina neutra. El agua pura, por ejemplo, tiene un ph de 7. Las sustancias cuyo ph es mayor de 7 se denominan bases o álcalis. Cuanto mayor sea su ph, más fuerte es la base correspondiente. Una base con un ph de 14 es mucho más fuerte que otra cuyo ph es de 9. No hay que confundir la fuerza de un ácido con su concentración. La concentración depende de la cantidad de agua en la que se ha disuelto el ácido, mientras que la fuerza se refiere al número de iones de hidrógeno que tiene. Es posible tener una solución diluida de un ácido fuerte, por ejemplo de ácido nítrico. El ph es en este caso aproximadamente 2, pero la solución no es muy concentrada. Indicadores Un indicador es una sustancia que cambia de color cuando se pone en contacto con un ácido o una base. Existen numerosos indicadores, muchos de los cuales se preparan a partir de extractos de plantas. El tornasol es un indicador hecho a partir de un liquen, que tiene un color malva cuando se disuelve en agua neutra. Si se añade un ácido, la disolución se vuelve roja. Si se añade una base, la disolución se vuelve azul. Los indicadores pueden usarse en forma de disoluciones, o bien como papel sumergido en la disolución y luego secado. El indicador universal es una mezcla de varios indicadores, que permite determinar el ph mediante una escala completa de colores indicador color con los ácidos color con las bases tornasol rojo azul fenolftaleína incoloro rosa anaranjado de metilo naranja amarillo azul de bromotimol amarillo azul Algunos indicadores y sus colores sustancias ph color 0 a 2 rojo oscuro ácidos 2 a 4 rojo claro 4 a 5 naranja 5 a 6.5 amarillo neutras 6.5 a 7.5 verde 7.5 a 9.5 azul verdoso bases 9.5 a 11 azul 11 a 14 púrpura El indicador universal cubre todos los ph página 2 de 9

3 Práctica n 1: preparación de un indicador Se puede construir un indicador sencillo utilizando un repollo. 1. Se corta el repollo en trozos pequeños. 2. Se hierve en un poco de agua durante cinco minutos. 3. Se deja enfriar. 4. Se aplasta bien para obtener el jugo, que nos servirá de indicador. El indicador así obtenido puede utilizarse para distinguir los ácidos de las bases. Se puede utilizar el jugo de limón como ácido, y la levadura como base. De qué color se vuelve el indicador con un ácido, una base y agua (sustancia neutra)?. Se puede repetir el experimento utilizando otras plantas o incluso pétalos de flores de colores. Propiedades de los ácidos Se pueden resumir en las siguientes: Los ácidos son solubles en agua. Los ácidos ponen rojo el papel de tornasol. Los ácidos contienen hidrógeno y producen iones H + al disolverse. Los ácidos conducen la electricidad (es decir, son electrolitos) Los ácidos tienen un sabor agrio. Los ácidos tienen un ph menor de 7. Estos son algunos de los ácidos más frecuentes: nombre del ácido clorhídrico nítrico H NO 3 sulfúrico H 2 SO 4 fórmula HCl fosfórico H 3 PO 4 acético (etanóico) CH 3 CO 2 H Los nombres de los ácidos terminan muchas veces en ico, en otras ocasiones terminan en -oso. Metales y ácidos Muchos metales, entre otros el calcio y el magnesio, reaccionan incluso con los ácidos diluidos. Sin embargo algunos otros como el oro no reaccionan ni siquiera con los ácidos concentrados. Cuando un metal reacciona con un ácido, se desprende hidrógeno y se forma una sustancia denominada sal (la sal que utilizamos como condimento es una de ellas). Por ejemplo, el zinc reacciona con el ácido clorhídrico formando cloruro de zinc (sal) y desprendiendo hidrógeno gaseoso: metal + ácido sal + hidrógeno zinc + ácido clorhídrico cloruro de zinc + hidrógeno Zn + 2HCl Zn Cl 2 + H 2 página 3 de 9

4 Carbonatos y ácidos Todos los carbonatos metálicos, como por ejemplo el carbonato cálcico, reaccionan con los ácidos diluidos desprendiendo anhídrido carbónico y produciendo una efervescencia que se suele ver y oír: carbonato cálcico + ácido clorhídrico cloruro de calcio + agua + anhídrido carbónico Ca CO 3 + 2HCl Ca Cl 2 + H 2 O + CO 2 El anhídrido carbónico no arde, por lo que en algunos extintores de incendios se utiliza la reacción de un ácido con un carbonato para producir espuma de anhídrido carbónico. La comprobación química de la existencia de anhídrido carbónico se puede llevar a cabo haciendo pasar el gas por agua de cal (que es una solución de hidróxido de calcio). Carbonatos y tartas Para cocinar algunas tartas se utiliza la levadura, que es una mezcla de bicarbonato sódico (carbonato ácido de sodio) y de un ácido débil denominado tartárico (aunque lo parezca, el nombre de tartárico no tiene nada que ver con las tartas). La levadura se utiliza para que las tartas crezcan durante la cocción en el horno. Cuando no se necesita que la tarta crezca mucho, se puede emplear el bicarbonato sódico aisladamente. Cuando el bicarbonato sódico se calienta o reacciona con un ácido, emite anhídrido carbónico gaseoso en forma de diminutas burbujas que hacen que la masa de la tarta se esponje y crezca. Actividad: Imagina qué experimentos se podrían hacer para comprobar las siguientes hipótesis: 1. Las cáscaras de los huevos marrones contienen más carbonatos que las de los huevos blancos. 2. Los polvos que se utilizan contra el ardor de estómago contienen carbonatos. 3. El jugo de limón es un ácido más fuerte que el vinagre. página 4 de 9

5 La neutralización Cuando un metal como el magnesio reacciona con un ácido diluido, el metal sustituye al hidrógeno del ácido. Cuando la reacción es completa se dice que el ácido se ha neutralizado. Los carbonatos metálicos también neutralizan a los ácidos. Cuando un ácido se neutraliza, se produce una sal y agua. Durante la reacción, el ph del ácido cambia. La reacción es completa y el ácido está neutralizado cuando el ph final es 7. La sal que aparece durante la reacción depende del ácido y del metal que se han combinado. Cada ácido produce una sal diferente, según el cuadro siguiente: ácido fórmula sal clorhídrico HCl clorato nítrico HNO 3 nitrato sulfúrico H 2 SO 4 sulfato fosfórico H 3 PO 4 fosfato etanoico (acético) CH 3 CO 2 H etanoato (acetato) Una sustancia química que neutraliza un ácido se denomina una base. Los óxidos e hidróxidos metálicos reaccionan con los ácidos produciendo una sal y agua: ácido + óxido metálico sal + agua ácido + hidróxido metálico sal + agua Por ejemplo, cuando el óxido de cobre reacciona con ácido sulfúrico diluido, se forma el conocido sulfato de cobre de color azul. ácido sulfúrico + óxido de cobre sulfato de cobre + agua H 2 SO 4 + CuO CuSO 4 + H 2 O Los cristales de sulfato de cobre se pueden separar calentando suavemente la solución hasta que se evapore el agua. La sal que se forma en la reacción entre el hidróxido de sodio y el ácido clorhídrico diluido es la sal de mesa, cuyo nombre químico es cloruro sódico, NaCl. ácido clorhídrico + hidróxido de sodio cloruro sódico + agua HCl + NaOH NaCl + H 2 O El hidróxido de amonio también neutraliza ácidos, lo que es una excepción puesto que se trata de una sal que no contiene un metal. Cómo se lleva a cabo la neutralización? Un ión es una partícula cargada. Todos los ácidos contienen iones H +. Por ejemplo, el ácido clorhídrico, HCl contiene iones H + de hidrógeno y Cl - de cloro. Hay el mismo número de iones de hidrógeno que de cloro. Para neutralizar el ácido, los iones de hidrógeno tienen que ser sustituidos por iones metálicos. El hidróxido de sodio NaOH contiene iones de sodio Na +, e iones de hidróxido, OH -. Cuando los iones de sodio sustituyen a los iones de hidrógeno, se produce la sal cloruro de sodio, NaCl. Los iones de hidrógeno se combinan con los de hidróxido para producir agua, H 2 O: Cl - + Na + NaCl H + + OH - H 2 O página 5 de 9

6 Algunas reacciones de neutralización útiles Curando indigestiones: El ácido clorhídrico diluido se encuentra en el estómago. Cuando sufrimos una indigestión es porque hay más ácido en el estómago del necesario. Las pastillas o polvos contra la indigestión contienen carbonatos metálicos o hidróxidos que neutralizan el ácido clorhídrico. Limpiando los dientes: Después de las comidas, los dientes se encuentran rodeados de ácidos y azúcares procedentes de los alimentos que acabamos de consumir. A su vez, los microbios que se alimentan de los azúcares producen ácidos como resultado de su actividad. El resultado es una cierta cantidad de ácido que ataca el esmalte de los dientes. Algunos dentífricos son ligeramente alcalinos, y por tanto neutralizan estos ácidos. Actividad: Busca varios tipos diferentes de tabletas contra la indigestión, y luego imagina un experimento que permita probar la eficacia de cada tableta. Utiliza vinagre o jugo de limón como ácido, y luego compara los resultados del experimento con los que se obtienen utilizando bicarbonato sódico (carbonato ácido de sodio). Bases y álcalis Una base es un óxido o un hidróxido de un metal. Ejemplos de bases son el óxido de cobre, el óxido de magnesio y el óxido de hierro. No hay muchas bases que sean solubles en agua. Un álcali es una base que es soluble en agua, como por ejemplo el hidróxido de sodio. Como indicamos antes, el hidróxido de amonio es también un álcali, aunque no contiene un metal. Tanto las bases como los álcalis neutralizan los ácidos, produciendo una sal y agua. ácido + base sal + agua ácido + álcali sal + agua Propiedades y usos de los álcalis Las propiedades más importantes de los álcalis son las siguientes: Los álcalis son solubles en agua. Los álcalis ponen azul el papel de tornasol. Los álcalis tiene un ph mayor de 7. Los álcalis disueltos conducen la electricidad (son electrolitos). Los álcalis son jabonosos al tacto. El hidróxido de sodio se utiliza mucho en la industria. Se le llama también sosa cáustica. Se emplea para fabricar jabón y detergentes. Por ejemplo, las grasas animales o vegetales se hierven con hidróxido de sodio para formar estearato sódico (jabón). Como los álcalis reaccionan con las grasas, el hidróxido de sodio es un componente importante en los limpiadores de hornos. El hidróxido de sodio se utiliza también para separar las resinas de la pulpa de madera durante la fabricación del papel. Algunos blanqueadores domésticos contienen hidróxido de amonio que es muy soluble en el agua. El hidróxido de calcio (cal apagada) es menos soluble que el hidróxido de sodio o el de amonio. Cuando el hidróxido de calcio se disuelve en agua forma el agua de cal. He aquí, pues, los álcalis más importantes: página 6 de 9

7 nombre del álcali fórmula hidróxido de sodio NaOH hidróxido de potasio KOH hidróxido de amonio NH 4 OH hidróxido de calcio (agua de cal) Ca(OH) 2 La utilización de los álcalis en el laboratorio Los hidróxidos de sodio y de amonio se utilizan en el laboratorio para determinar la existencia de iones metálicos en un compuesto. Casi todos los hidróxidos metálicos son insolubles en agua. Cuando se añade una solución de hidróxido de sodio a la solución de un compuesto que contiene iones metálicos, se suele formar un precipitado sólido, que es el hidróxido de metal insoluble. En la siguiente tabla se indican los distintos tipos de precipitado que se forman al ponerse en contacto el hidróxido sódico con diversos tipos de metales: metal en el compuesto añadiendo algunas gotas de NaOH añadiendo NaOH en exceso potasio no precipita no precipita magnesio precipitado blanco precipitado blanco calcio precipitado blanco precipitado blanco zinc precipitado blanco se disuelve el precipitado plomo precipitado blanco se disuelve el precipitado cobre precipitado azul precipitado azul hierro (II) precipitado verde precipitado verde hierro (III) precipitado rojo oscuro precipitado rojo oscuro La álcalis se pueden usar en el laboratorio para neutralizar un ácido mediante un procedimiento denominado análisis volumétrico. La reacción entre el hidróxido potásico y el ácido clorhídrico se puede escribir mediante la siguiente ecuación: ácido clorhídrico + hidróxido potásico cloruro potásico + agua HCl + KOH KCl + H 2 O El hidróxido de amonio, NH 4 OH, no contiene ningún ion metálico. No obstante, contiene iones amonio, NH 4 +, que pueden reemplazar los iones de hidrógeno de un ácido de la misma forma que los iones metálicos. Las sales que contienen iones de amonio se utilizan como fertilizantes. El sulfato de amonio y el nitrato de amonio son dos de estos fertilizantes. El nitrato de amonio se fabrica neutralizando ácido nítrico con hidróxido de amonio. El ph del suelo El suelo contiene minerales que al disolverse pueden hacer que el suelo se vuelva ácido o básico. Cada planta prefiere una u otra alternativa, por lo que es muy importante que los agricultores y jardineros sepan elegir los tipos de cultivos más adecuados para cada terreno, como se indica en el siguiente cuadro: plantas adecuadas para suelos ácidos (ph < 7) azaleas camelias ericas (brezos) rododendros magnolias plantas adecuadas para suelos alcalinos (ph > 7) claveles gysophilas saxífragas lilas página 7 de 9

8 Cuando un suelo es demasiado ácido o alcalino no da buenas cosechas. Se puede medir el ph del suelo utilizando indicadores. El suelo con un ph de 6 o 6.5 es el mejor para cultivar, aunque cada planta necesita condiciones diferentes. El trigo necesita un ph del suelo de 6.0 a 7.5. Cuando el ph es menor de 5, los LITTLE crecen bien, mientras que los SWEDES crecen mejor en un suelo ácido con ph entre 4.7 y 5.6. Los fertilizantes hacen que el suelo sea más ácido. Si un suelo es demasiado ácido, se puede corregir su ph utilizando sustancias químicas como la cal (el óxido de calcio es una base), que tiene además la ventaja de que mejora el drenaje del suelo. A veces se utiliza el yeso (sulfato de calcio hidratado, CaSO 4 2H 2 O) que no se disuelve tan rápidamente como la cal y por tanto permanece más tiempo en el terreno. Práctica n 2: determinación del ph de un suelo. Se puede determinar el ph de un suelo mediante el siguiente procedimiento: 1. Se toma una muestro del suelo a analizar, que debe estar seco. 2. Se coloca la muestra en un tubo de ensayo, de forma que ocupe la cuarta parte del tubo aproximadamente. 3. Se añaden unos 5 cm³ de indicador universal, y se agita la mezcla durante 30 segundos. 4. Se deja reposar y se observa el color del indicador, comparándolo con la tabla de ph. Actividad: Recoger varias muestras del suelo que se encuentra alrededor de diversas plantas. Anotar para cada una de ellas de dónde procede, qué planta estaba al lado, y si la planta tenía un aspecto saludable. Utilizando el procedimiento anterior, determinar en el laboratorio el ph de cada una de las muestras, y anotar el resultado en un cuadro como el siguiente: Nombre de la planta Aspecto de la planta ph del suelo Observaciones Escribir un pequeño informe con los resultados, y compararlos con los de otros compañeros. Se puede llegar a alguna conclusión general sobre el tipo de suelo? página 8 de 9

9 Cuestiones de repaso: 1. Escribe los nombres de tres álcalis. 2. Escribe los nombres de tres bases que no sean álcalis. 3. Indica algunos usos de los álcalis. 4. Cuál sería el ph de un álcali fuerte?. De qué color se volvería el indicador universal en presencia de un álcali fuerte? 5. Indica tres sustancias que pueden neutralizar un ácido. 6. Qué diferencias hay entre un ácido y una base? 7. Cuáles son las principales propiedades de las bases? 8. Indica algunos usos del hidróxido de sodio. 9. Qué se produce siempre durante la neutralización de un ácido? 10. Por qué algunas veces se añade yeso a los suelos en vez de cal? 11. Piensa qué puede añadirse a un suelo alcalino para reducir su ph. 12. Qué se puede añadir a un suelo ácido para mejorar su ph? 13. Algunos jardineros riegan sus plantas con el agua en la que han lavado las botellas de leche. Por qué crees que lo hacen? Bibliografía: Integrated Science 2 (Bethell, Coppock, Pebworth), Oxford página 9 de 9