Ácidos y bases: más allá de Arrhenius

La teoría de ácidos y bases de Arrhenius, aunque permite explicar adecuadamente el comportamiento en disolución acuosa de los ácidos y bases más comunes, presente tres inconvenientes principales: sólo es útil cuando los ácidos y bases están disueltos en agua, no explica convenientemente el comportamiento básico del amoniaco y las aminas y la ionización de los ácidos produciría un protón aislado, sin corteza electrónica, con una relación carga/radio muy alta y que atraería rápidamente a los electrones que estuvieran en su proximidad. Estos problemas fueron solucionados por el trabajo de dos químicos.

ibronse001p1

Johanes Bronsted

El danés Johannes Nicolaus Brønsted ( Varde, 22 de febrero de 1879 – 17 de diciembre de 1947) como su compatriota Søren Sørensen, inventor del pH, estaba interesado en la influencia de la acidez en la actividad encimática lo que le llevó a proponer una nueva definición de ácidos y bases en su artículo Einige Bemerkungen Über Den Begriff Der Säuren Und Basen, publicado en 1923.

En Gran Bretaña, Thomas Martin Lowry (Low Mor, 26 October 1874 – Cambridge, 2 November 1936) también en 1923, mientras investigaba sobre la teoría electrónica del enlace, publicaba The electronic theory of valency—Part IV. The origin of acidity, proponiendo la misma definición de ácidos y bases que Brønsted.

Thomas_Martin_Lowry

Thomas Lowry

En la teoría de Brønsted y Lowry, un ácido es una sustancia que cede un protón a otra y una base es una sustancia que acepta un protón de un ácido. Ácidos y bases aparecen siempre juntos: una sustancia es ácida frente a otra que actúa como base. Si una sustancia actúa como ácido, se transforma en una base, la base conjugada del ácido. Si, por el contrario, ha actuado como base, se convierte en un ácido, el ácido conjugado de la base:

bronstedlowryacidbasereaction

En disolución acuosa, un ácido cede protones al agua, que se comporta como base, y una base acepta protones del agua, que se comporta como ácido:

bron4                                 bron3

El agua es una sustancia anfótera: puede actuar como ácido o como base. Es este carácter anfótero el que permite su autodisociación y da origen al pH:

autoin agua

El producto iónico del agua, y el pH, y las constantes de acidez y basicidad se escriben ahora en función de la concentración de iones hidronio, H3O+, no de protones:

constante_acidezKbformula-1

Dos son las principales características del modelo de Brønsted y Lowry de ácidos y bases:

  1. Una sustancia no es ácida o alcalina por sí sola. Para que una sustancia sea ácida, otra debe ser alcalina y para que la primera sea básica, la segunda debe ser ácida: Un ácido implica la existencia de una base y viceversa.
  2. Cuando una sustancia actúa como ácido se transforma en otra que actúa como base: la base conjugada del ácido. Si por el contrario actúa como base, se transforma en su ácido conjugado. Las constantes de acidez y basicidad de los pares conjugados están relacionados con el producto iónico del agua: Ka·Kb = Kw.
Publicado en Historia, Teoría | Etiquetado , , , , , | Deja un comentario

Currículo

SISTEMA_EDUCATIVO_LOMCELa reforma educativa promovida por el Sr. Wert ha encontrado la oposición de gran parte de la comunidad educativa y de todas las instituciones educativas que no estaban gobernadas por el Partido Popular.

La Consejería de Educación de la Junta de Andalucía no ha sido una excepción y, en una espacie de guerra institucional con el Ministerio de Educación, Cultura y Deporte para retrasar en lo posible implantación de la nueva ley de educación y con la excusa de que no había tenido tiempo de desattollar la normativa autonómica, decidió que durante el curso 2015-16 los centros educativos andaluces mantuvieran sus proyectos educativos del curso 2014-15, limitándose a cambiar el nombre de las asignaturas. Por ejemplo, Ciencias de la Naturaleza de 1º de ESO pasaba a nombrarse Biología y Geología, pero manteniendo los contenidos de Ciencias de la Naturaleza.

Bueno, la normativa autonómica sigue sin estar desarrollada, pero este curso se empiezan a impartir los currículos de los cursos impares de educación secundaria, ya que el programa de gratuidad de libros de texto de la Junta de Andalucía permite, por fin, el cambio de libro de texto en 1º y 3º d ESO.

Esto significa que el currículo de las asignaturas en Andalucía será prácticamente el mismo que aprobó el Ministerio de Educación en el Read Decreto 1105/2014. Las asignaturas que pueden ser asignadas los departamentos de Física y Química, con los currículos correspondientes son:

 

Publicado en Currículo | Etiquetado , , | Deja un comentario

Ácidos, bases y pH

Wilhelm_Ostwald

Wilhelm Ostwald

Arrhenius proponía en su teoría electrolítica que la ley de acción de masas enunciada por los suecos Guldberg y Waage en 1864 podría aplicarse a la disociación electrolítica. Friedrich Wilhelm Ostwald (Riga, 2 de septiembre de 1853 – Grossbothen, 3 de abril de 1932), que acuñó el término mol para referirse a la cantidad de sustancia, usó esta ley para determinar la constante de acidez de muchos ácidos débiles. Ostwald, que recibió el premio Nobel de química en 1909, aplicó sus descubrimientos a la autodisociación del agua ya que, puesto que el agua pura es levemente conductora (en torno a 0,055 μS · cm-1), debía encontrarse parcialmente ionizada según la ecuación: H2O ↔ H+ + OH.

A principios del siglo XIX, los químicos disponían de una explicación sobre la naturaleza de los ácidos y bases, e incluso de una forma de comparar la fortaleza de estas sustancias. Pero no había una forma de medir cuán ácida o alcalina era una disolución, ya que la acidez de una disolución no depende únicamente de la fortaleza del ácido, también está relacionada con su concentración.

Søren Peter Lauritz Sørensen

Søren P. L. Sørensen

Esto cambió en 1909, cuando el químico danés Søren Peter Lauritz Sørensen (Havrebjerg, 9 de enero de 1868 – Copenhagen, 12 de febrero de 1939), director del Laboratorio Carlsberg, financiado por la célebre marca de cerveza, estudiaba la influencia de la acidez y los electrolitos en el comportamiento de las proteínas y enzimas. En 1909 publicó su artículo Enzymstudien. II . Über die Messung und die Bedeutung der Wasserstoffionkonzentration bei enzymatischen prozessen, en el que relacionaba la actividad encimática con el logaritmo del inverso de la concentración de protones en la disolución. Llamó Potencial de Hidrógeno, PH, a este logaritmo, aunque posteriormente se impuso la nomenclatura pH:

formula1

En su trabajo, Sørensen propuso su medida por comparación con el color con una serie de indicadores, el precedente del actual pepal indicador universal o por medidas de conductividad, el precedente de los actuales pH-metros.

Inicialmente, el pH se popularizó entre biólogos y bioquímicos, pero cuando en 1934 el químico estadounidense Arnold Orville Beckman patentó el primer pH-metro, el uso del pH y la escala de pH se univerzalizó en todas las ramas de la Química, permitiendo, por fin, una medida exacta de la acidez o basicidad de un medio.

Publicado en Historia, Teoría | Etiquetado , , , , , | Deja un comentario

Sin haberlo deseado, me ha salido un pareado. Ya queda poco para terminar el curso (en segundo de bachillerato) y volvemos a proponer una presentación que sirve de resumen – repaso del tema Equilibrios heterogéneos: Reacciones de precipitación.

Como antes, en slideshare puedes encontrar la presentación y en Mega la hallarás más completa y en mejor calidad.

Publicado el por Juan José Romero Anaya | Deja un comentario

Ácidos, bases y Arrhenius

Arrhenius2

Svante Arrhenius

Fue Svante August Arrhenius (Vik, 19 de febrero de 1859 – Estocolmo, 2 de octubre de 1927) quien explicó, en su tesis doctoral de 1884, Recherches sur la conductivité galvanique des électrolytes, las leyes de Faraday y el factor de van’t Hoff de la presión osmótica de los electrolitos. Aunque su tesis fue aprobada con la mínima nota, en 1903 le permitió obtener el premio Nobel.

Para Arrhenius, la disolución de las sales en agua conlleva su disociación en iones y son estos iones los responsables de la conductividad eléctrica de la disolución. Así, el cloruro de sodio, en agua:

NaCl(aq) → Na+(aq) + Cl(aq)

No sólo hay en la disolución cargas eléctricas que aumentan su conductividad, también el número de partículas en la disolución ha aumentado y, por lo tanto, también aumenta su presión osmótica, como midió van’t Hoff.

Atendiendo a su comportamiento en disolución acuosa, las sustancias pueden agruparse en tres categorías:

  1. No electrolitos. Sustancias que en disolución acuosa no se disocian y la disolución no es conductora de la electricidad. El azúcar o el alcohol serían no electrolitos.
  2. Electrolitos fuertes. Sustancias como el cloruro de sodio o el ácido clorhídrico que en disolución acuosa se encuentran completamente disociados. El coeficiente de van’t Hoff es próximo a un número entero y las disoluciones son conductoras, tanto más conductoras cuanto mayor sea la concentración de la sustancia disuelta.
  3. Electrolitos débiles. Sustancias como el ácido fluorhídrico o el amoniaco que, al disolverse, se disocian parcialmente. El coeficiente de van’t Hoff no se aproxima a un número entero y la conductividad de la disolución no aumenta linealmente con la concentración.

Una de las consecuencias de la teoría de la disociación electrolítica es la definición de ácidos y bases de Arrhenius:

Ácido es una sustancia que, en disolución acuosa, libera protones:

HNO3 → H+ + NO3

Base es una sustancia que, en disolución acuosa, libera iones hidróxido:

NaOH → Na+ + OH

Los ácidos y bases fuertes están completamente disociados, como el ácido nítrico y el hidróxido de sodio. Son electrolitos fuertes y sus disoluciones tienen una alta conductividad eléctrica.

Los ácidos y las bases débiles no están completamente disociados, sino que existe un equilibrio químico entre la forma no disociada y la forma disociada, constante denominada de acidez, Ka, o basicidad, Kb. Por ejemplo, el ácido nitroso:

HNO2 ↔ H+ + NO2
Ka

El amoniaco, y las aminas en general, se comportan como bases débiles, pero carecen de iones hidróxido que puedan liberar en agua. Arrhenius soslaya el problema suponiendo una reacción entre el agua y el amoniaco, formando hidróxido amónico que será el que tenga un comportamiento básico:

NH3 + H2O → NH4OH ↔ NH4+ + OHKb

La neutralización de un ácido y una base es la reacción entre el protón procedente del ácido y el hidróxido procedente de la base pra dar agua:

H+ + OH → H2O

La teoría de la disociación electrolítica de Arrhenius, así como su teoría ácido-base, con ligeras modificaciones, se mantiene en la actualidad.

Publicado en Historia, Teoría | Etiquetado , , , , , | Deja un comentario

Ácidos, bases y disoluciones

Las disoluciones acuosas presentas unas características interesantes: hierven a más de 100 ºC y la temperatura a la que hierven va aumentando conforme disminuye el líquido en ebullición, se congelan por debajo de 0 ºC, lo que se aprovecha para despejar las carreteras llenas de nieve o hielo, cambian la conductividad del agua y ejercen una presión denominada presión osmótica.

800px-M_Faraday_Th_Phillips_oil_1842

Michael Faraday

Ya el físico y químico inglés Michael Faraday (Newington, 22 de septiembre de 1791-Londres, 25 de agosto de 1867), publicó en 1834 es su series Experimental Researches in Electricity que muchas sustancias químicas se descmponían cuando, en disolución acuosa, se sometían a una corriente eléctrica. Sustancias a las que denominó electrolitos, del griego ἤλεκτρον (electrón, el nombre griego del ámbar y que se usa en ciencia para referirse a la electricidad) y λυτός (litos, rotura). También a Faraday debemos los términos cátodo, catión, ánodo, anión, ion o electrodo, además de inventar el precursor del mechero Bunsen, descubrir la inducción electromagnética y el descubrimiento del benceno.

disoluc1

No electrolito, electrolito débil y electrolito fuerte.

El propio Faraday ya había descubierto que el agua pura no es conductora ( tiene una conductividad de apenas 0,055 μS·cm-1, o lo que es lo mismo, cada cm de agua ofrece una resistencia de más de 18 millones de ohmios), es una sustancia aislante. Las disoluciones de electrolitos, sin embargo, sí son conductoras de la electricidad y por eso era factible la descomposición electrolítica. Pero no todas las sustacias disueltas son electrolitos: no todas las disoluciones conducen la electricidad, ni todos los electrolitos conducen por igual la electricidad. las disoluciones de electrolitos débiles apenas conducen la electricidad, mientras que los electrolitos fuertes hacen la disolución muy conductora.

02085

Henri Dutrochet

Aunque ebservada por primera vez por el físico y sacerdote francés Jean Antoine Nollet, fue el médico René Joachim Henri de Dutrochet (Néon, 14 de noviembre de 1776 – París, 4 de febrero de 1847) quien en sus Nouvelles Recherches sur l’Endosmose et l’Exosmose descubrió el efecto: cuando dos disoluciones de diferente concentración se ponen en contacto por una membrana que deja pasar el agua, pero no el soluto, o al contrario, el agua pasa de la disolución diluida a la concentrada o el soluto pasa a la diluida, dependiendo de la membrana. Dutrochet habló de endosmosis y exosmosis, fue el químico inglés, Thomas Graham el que acuñó el término osmosis durante sus estudios sobre diálisis. Este proceso es, en parte, el causante de las arrugas de las yemas de nuestros dedos cuando permanecemos mucho tiempo en el agua.

1982-1459_0029, 12/7/02, 4:41 pm, 8C, 6006x5422 (1168+528), 138%, bent 6 stops, 1/10 s, R72.0, G55.0, B70.6 Betterlight Model: 6100 Serial:1534 Lights: Balcar Fluxlite Serial:70185 Filter: Daylight IR Lens: Schneider 5.6/180 Makro-Symmar HM (No14762512) Photographer: David Exton Profile: Adobe RGB(1998) Gamma:2.2

Jacobus van’t Hoff

Fue el primer galardonado con el premio nobel de química, Jacobus Henricus van ‘t Hoff (Róterdam, 30 de agosto de 1852 – 1 de marzo de 1911, Berlín) quien explicó el comportamiento de la presión osmótica. Suponiendo que las partículas disueltas se comportaban como las moléculas de un gas, moviéndose libremente, y chocando contra la membrana semipermeable. La presión osmótica entre dos disoluciones, resultaba proporcional a la diferencia entre las concentraciones en cantidad de sustancia de ambas. Si una de las disoluciones se sustituía por agua pura, la presión osmótica de la otra era proporcional a su concentración en cantidad de sustancia, según la ecuación: Π = c·R·T, donde Π es la presión osmótica, c la concentración en mol·L-1, R la constante de los gases ideales y T la temperatura absoluta, expresión que resulta similar a la ley de los gases ideales.

Sin embargo, van’t Hoff observó que en las disoluciones de electrolitos la presión osmótica era mayor de la esperada y había que añadir un factor de corrección, llamado factode de van’t Hoff quedando la ecuación Π = i·c·R·T.

Publicado en Historia, Teoría | Etiquetado , , , , , | Deja un comentario

Ahora que se aproxima la prueba de acceso a la universidad es el momento de los resúmenes, esquemas y repasos. Para ayudar a preparar el tema de reacciones ácido-base he realizado una pequeña presentación que podéis descargar desde Mega. O ver, en peor calidad, desde slideshare.

Espero que sea de ayuda.

Publicado el por Juan José Romero Anaya | Deja un comentario

Libros: Medicina sin engaños

Dibujo20150219-medicina-sin-eganyos-jm-mulet-book-cover-destinoTítulo: Medicina sin engaños. Todo lo que necesitas saber sobre los peligros de la medicina alternativa.
Autor: José Miguel Mulet (@jmmulet; Tomates con genes).
Editorial: Ediciones Destino

Divididas en tres partes partes y doce capítulos, las 368 páginas del libro hacen un recorrido por las pseudomedicinas y falsas terapias que tanto abundan en nuestra sociedad. Desde el psicoanálisis hasta la quiropráctica, pasando por la homeopatía o la acupuntura.

En la primera parte se hace un recorrido por la práctica médica, señalando los logros de la medicina científica y los factores que hacen que muchas personas desconfíen de ella.

La segunda parte analiza la existencia de las pseudomedicinas y las razones que llevan a muchas personas a malgastar su tiempo y dienero, y muchas veces la vida, en pseudoterapias de dudosa efectividad.

Ya en la tercera parte entra en la crítica de las pseudomedicinas, dedicándole un capítulo a cada una de las más famosas y conocidas: psicoanálisis, homeopatía, naturopatía, etc.

Escrito con grandes dosis de humor, ironía y sarcasmo. Y, ¿por qué no decirlo?, un poco de mala leche, el libro es entretenido y se lee con facilidad por su lenguaje llano y directo que nos permite conocer, con pelos y señales, no sólo las pseudomedicinas, también los mecanimos y formas de detectarlas, a lo que contribuyen la multitud de ejemplos y enlaces que se mencionan en el texto.

Si algo flojea es el último capítulo. Un batiburrillo de remedios, pseudoterapias, antivacunas y panaceas que nos encontramos casi a diario en las redes sociales y, desgraciadamente, en la televisión pública por las que el autor pasa de puntillas, seguramente por no alargar en demasía el texto pero que, en mi modesta opinión, merecerían un tratatamiento más profundo.

En cualquier caso, un libro ameno y divulgativo que recomiendo leer tanto a los que creen que oler un limón puede prevenir el cáncer como a los que, sin creerlo, estamos rodeados de gente que lo cree.

Publicado en Escepticismo, Libros, Personal | Etiquetado | Deja un comentario

volym-termo-de-acero__25654_PE094765_S4Pocas cosas tan cotidianas como el termo. Los que viajan, trabajan, caminan… agradecen un vaso, caliente o frío. Con múltiples formas y tamaños, para mantener frías o calientes comidas o bebidas, lo hallamos por todas partes. Lo que pocos saben es que el termo fue inventado por uno de los químicos y físicos británicos que más contribuyeron al estudio de las bajas temperaturas: James Dewar, que lo desarrolló en 1891 para producir oxígeno líquido industrial, aunque no se comercializó hasta principios del siglo XX.

Y si el termo nos ha hecho más fácil la vida, Billy Wilder la hizo más vida. Ganador  de cinco premios de la academia de Hollywood, tanto en su faceta de guionista como en su papel de director, nos ha dejado películas que abordan todos los géneros: El crepúsculo de los dioses, Días sin huellas, El héroe solitario, su último film Aquí un amigo o la que le hizo ganar el oscar como guionista y director: El apartamento, una comedia agridulce que no puede perderse ningún amante al cine.

James Dewar y Billy Wilder fallecieron tal día como hoy, 27 de marzo. Sea esto un pequeño homenaje a ellos.

Publicado el por Juan José Romero Anaya | Deja un comentario

Ácidos y bases, ¿lo qué?

Cualquier tratado de química, cuando empieza el estudio de ácidos y bases, tras indicar que se conocen desde la antigüedad, comienza con una tabla de propiedades similar a:

Ácidos
Bases
Tienen sabor agrio. Tiene sabor cáustico o amargo.
En disolución acuosa enrojecen la tintura o papel de tornasol. En disolución acuosa azulean el papel o tintura de tornasol.
Reaccionan con algunos metales desprendiendo hidrógeno. Precipitan sustancias disueltas por ácidos.
Neutralizan la acción de las bases. Neutralizan la acción de los ácidos.
Pierden sus propiedades al reaccionar con bases Pierden sus propiedades al reaccionar con ácidos
Robert_Boyle_0001

Robert Boyle

Estas propiedades, sin emabrgo, fueron enunciadas por el físico y químico inglés Robert Boyle (Waterford, 25 de enero de 1627 – Londres, 31 de diciembre de 1691) en su obra de 1661 The Sceptical chymist , el mismo que enunció la ley de Boyle y Mariotte sobre la relación entre la presión y el volumen de los gases y que puede ser considerado el primer químico moderno y con el que comenzó el declive de la pseudociencia de la Alquimia.

Y aunque estas propiedades son ciertas, salvo el sabor (a nadie se le ocurre dar un sorbo al ácido clorhídrico o a la lejía), derivan en su mayor parte de ácidos y bases fuertes, que no se obtuvieron hasta finales de la edad media.

Jabir_ibn_Hayyan

Abu Mūsa Ŷābir ibn Hayyan, Geber

Y no hay dudas de que sustancias con propiedades ácidas como el vinagre y básicas, como el natrón, eran conocidas y empleadas desde la antigüedad, aunque la primera clasificación de sustancias como ácidos y bases se debe al alquimista iraquí Abu Mūsa Ŷābir ibn Hayyan (Tus, c. 721  -Kufa,  c. 815), más conocido por su nombre latinizado Geber, cuya principal obra, Geberi Philosophic Alchimistae fue publicada en latín en 1531 por Johann Grüninger en Estrasburgo. De hecho, el nombre álcali con el que son conocidas las bases (y del que deriva alcanino, como las pilas) procede del árabe Al-Qaly القلي ,القالي, ceniza, ya que cenizas de la combustión de algunas plantas como la salsola se empleaban en la fabricación de vidrio o jabón por sus propiedades básicas.

Parece que a Geber se debe el perfeccionamiento de muchos útiles y técnicas químicas: alambique, retorta, cristalización, destilación, destilación fraccionada… También la identificación de algunos ácidos orgánicos como el ácido acético o el ácido tartárico y el descubrimiento de algunos elementos como el arsénico o el antimonio. Erróneamente se le ha atribuido el descubrimiento de ácidos fuertes como el ácido clorhídrico o el agua regia, debido al anónimo Pseudogeber, seguramente un morisco español o italiano que firmó sus obras como Geber, para dar más autoridad a sus escritos.

Boyle, como Geber, empleaba el término álcali, y no fue hasta 1754 cuando Guillaume- François Rouelle (Mathieu, 15 de septiembre de 1703 – París, 3 de agosto de 1770) introdujo el término base, son sustancias que al reaccionar con los ácidos le dan una forma sólida y concreta, le dan base, al formar una sal.

Por lo tanto, aunque a principios del siglo XIX, Humphry Davy ya había determinado la relación de los ácidos con el hidrógeno, se conocían las propiedades de ácidos, bases y sales, y teníamos un sistema de nomenclatura, no existía un modelo que pudiera explicar sus propiedades.

 

Publicado en Historia, Teoría | Etiquetado , , , , , | Deja un comentario