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3.3 ÁCIDOS, BASES Y pH Los electrólitos (sustancias cuya disociación iónica en solu- ción hace que puedan conducir la corriente eléctrica) se cla- sifican en ácidos, bases y sales. Las sales, a su vez, pueden ser ácidas, básicas o neutras. Svante Arrhenius denominó ácidos a las sustancias que al disociarse dan lugar a protones libres (H+) (p. ej., el HCl); bases, a las que al disociarse originan iones hidroxilo (OH–) (p. ej., el NaOH); y sales neutras, a los compuestos que ori- ginan iones distintos al ion hidrógeno y al ion hidroxilo (p. ej., el NaCl). Sales ácidas serían aquéllas en las que existe una sustitu- ción parcial de los protones por cationes (HKSO4, sulfato ácido de potasio), mientras que sales básicas serían aquéllas en las que se da una sustitución parcial de los hidroxilos por aniones (Mg(OH)I, yoduro básico de magnesio). Otra de las teorías históricas es la que se debe a Brönsted y Lowry. En ella se propone que ácido es toda sustancia que puede ceder protones, mientras que base es toda sustancia capaz de aceptar protones. Con posterioridad, Lewis extendió la teoría de acidez y basicidad a consideraciones electrónicas. Así, ácido sería toda sustancia que puede aceptar un par de electrones y base toda sustancia capaz de ceder un par de electrones. 3.3.1 Ionización del agua. Escala de pH Como se indicaba anteriormente, el agua es un electrólito débil cuyas moléculas se disocian en muy pequeña cantidad (tan sólo 1 molécula de cada 5.53 · 108, a 25 °C). Aunque ya se señaló que lo que verdaderamente ocurre es un equilibrio en el que está implicado el ion hidronio, esa disociación puede expresar- se en forma del siguiente equilibrio químico equivalente: H2O O H + + OH– Tal equilibrio de disociación hace que el agua, de acuerdo con las teorías de acidez y basicidad expuestas, se comporte como una sustancia anfótera o anfiprótica, ya que actúa al mismo tiempo como ácido y como base. De acuerdo con el equilibrio de disociación del agua que se acaba de formular, y teniendo en cuenta que a 25 °C la constante de este equilibrio es 1.8 · 10-16 M y que la concen- tración molar del agua es 55.5 M , se cumple que: Kw = [H+] · [OH–] = 10–14 M2 que es la expresión de la denominada constante del producto iónico del agua. Como es lógico, en el agua pura las concen- traciones molares de iones hidrógeno e hidroxilo son iguales: [H+] = [OH–] = 10–7 Estos valores de concentración son los correspondientes a una disolución neutra. Si al agua pura se añade un ácido, la concentración de protones aumenta con respecto a la de hidroxilos, de forma que para una disolución ácida [H+] > 10–7 y [OH–] < 10–7, aunque el producto de ambas concentra- ciones sigue siendo 10–14. De forma análoga, la adición de una base determina [H+] < 10–7 y [OH–] > 10–7, condiciones que se dan en el caso de una disolución básica. Así, por ejemplo, una disolución 1 M de NaOH, total- mente disociada, como corresponde a una base fuerte (véase más adelante), presenta un valor de [OH–] = 1 M y de [H+] = 10–14 M. Por el contrario, una disolución 1 M de HCl total- mente disociada, como corresponde a un ácido fuerte, tendría un valor de [OH–] = 10–14 M y de [H+] = 1 M. Los valores ínfimos de concentración de protones e hidroxilos son incómodos para el trabajo habitual. Por ello, en 1909, Söreh Peter Sörensen, bioquímico danés, estableció la denominada escala de pH (abreviatura de potencial de hidrógeno, ya que el pH varía proporcionalmente al potencial de un electrodo de hidrógeno introducido en la disolución). El pH se define como el logaritmo decimal de la concen- tración molar de iones hidrógeno, hidrogeniones o iones hidronio, con el signo cambiado: pH = –log [H+] Análogamente, se define el pOH como el logaritmo decimal de la concentración molar de iones hidroxilo, con el signo cambiado. Lógicamente, a partir de la constante del produc- to iónico del agua se deduce que en una disolución cualquie- ra, la suma de los valores de pH y de pOH es 14. En función del pH, las disoluciones pueden clasificarse en: — Neutras: si el valor del pH es igual a 7. — Ácidas: si el valor del pH es inferior a 7. — Básicas: si el valor del pH es superior a 7. Así, por ejemplo, una disolución de HCl de concentración 10–3 M presentará una concentración de iones hidrógeno igual a 10–3 y su pH será igual a –log 10–3, es decir, su pH será 3. Por tanto, se tratará de una disolución de carácter ácido. 3.3.2 Ácidos y bases débiles Los ácidos y las bases que hemos mencionado hasta el momento, forman parte del grupo de los denominados ácidos y bases fuertes. Se denominan así los ácidos o bases que en disolución se encuentran totalmente disociados, coincidien- do, por tanto, la concentración del ácido o la base con la de iones hidrógeno o iones hidroxilo, respectivamente. 34 | El escenario bioquímico 03 Capitulo 03 8/4/05 09:40 Página 34 BIOQUÍMICA Y BIOLOGÍA MOLECULAR (...) CONTENIDO PARTE I: ESTRUCTURA Y METABOLISMO SECCIÓN I: EL ESCENARIO BIOQUÍMICO 3. UN PROTAGONISTA EXCEPCIONAL: EL AGUA 3.3 ÁCIDOS, BASES Y pH 3.3.1 Ionización del agua. Escala de pH 3.3.2 Ácidos y bases débiles
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