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.

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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.

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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:

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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.
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