ácido - Acid


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Zinc , un metal típico, la reacción con ácido clorhídrico , un ácido típico

Un ácido es una molécula o ion capaz de donar un hydron (protón o ion hidrógeno H + ), o, alternativamente, capaz de formar un enlace covalente con un par de electrones (un ácido de Lewis ).

La primera categoría de ácidos son los donantes de protones o ácidos de Bronsted . En el caso especial de soluciones acuosas , donantes de protones forman el ion hidronio H 3 O + y se conocen como ácidos de Arrhenius . Brønsted y Lowry generalizar la teoría de Arrhenius para incluir disolventes no acuosos. Un ácido de Bronsted o de Arrhenius por lo general contiene un átomo de hidrógeno unido a una estructura química que todavía es energéticamente favorable después de la pérdida de H + .

Ácidos acuosos de Arrhenius tienen propiedades características que proporcionan una descripción práctica de un ácido. Acids forman soluciones acuosas con un sabor amargo, se puede convertir azul de tornasol rojo, y reaccionan con bases y ciertos metales (como calcio ) para formar sales . La palabra ácido se deriva de la América acidus / Acere significa agria . Una solución acuosa de un ácido tiene un pH de menos de 7 y se coloquialmente también referido como 'ácido' (como en 'disuelto en ácido'), mientras que la definición estricta se refiere sólo al soluto . Un pH más bajo significa una acidez más alta, y por lo tanto una mayor concentración de iones de hidrógeno positivos en la solución . Productos químicos o sustancias que tienen la propiedad de un ácido se dice que son ácidas .

Ácidos acuosos comunes incluyen ácido clorhídrico (una solución de cloruro de hidrógeno que se encuentra en el ácido gástrico en el estómago y activa las enzimas digestivas ), ácido acético (vinagre es una solución acuosa diluida de este líquido), ácido sulfúrico (utilizado en las baterías de coche ), y ácido cítrico (que se encuentra en las frutas cítricas). Como muestran estos ejemplos, los ácidos (en el sentido coloquial) pueden ser soluciones o sustancias puras, y se pueden derivar de ácidos (en el sentido estricto) que son sólidos, líquidos o gases. Los ácidos fuertes y algunos ácidos débiles concentradas son corrosivos , pero hay excepciones, tales como carboranos y ácido bórico .

La segunda categoría de ácidos son ácidos de Lewis , que forman un enlace covalente con un par de electrones. Un ejemplo es el trifluoruro de boro (BF 3 ), cuyo átomo de boro tiene una vacante orbital que puede formar un enlace covalente mediante el intercambio de un par solitario de electrones en un átomo en una base, por ejemplo el átomo de nitrógeno en el amoníaco (NH 3 ). Lewis considera esto como una generalización de la definición de Brønsted, por lo que un ácido es una especie química que acepta pares de electrones, ya sea directamente o mediante la liberación de protones (H + ) en la solución, que luego aceptar pares de electrones. Sin embargo, cloruro de hidrógeno, ácido acético, y la mayoría de otros ácidos de Brönsted-Lowry no pueden formar un enlace covalente con un par de electrones y por tanto no son ácidos de Lewis. A la inversa, muchos ácidos de Lewis no son ácidos de Arrhenius o Brønsted-Lowry. En la terminología moderna, un ácido es implícitamente un ácido de Bronsted y no un ácido de Lewis, ya que los químicos casi siempre se refieren a un ácido de Lewis explícitamente como un ácido de Lewis .

Definiciones y conceptos

Las definiciones modernas tienen que ver con las reacciones químicas fundamentales comunes a todos los ácidos.

La mayoría de los ácidos encontrados en la vida cotidiana son soluciones acuosas , o se pueden disolver en agua, por lo que las definiciones de Arrhenius y de Brönsted-Lowry son los más relevantes.

La definición de Brønsted-Lowry es la definición más ampliamente utilizado; a menos que se especifique lo contrario, las reacciones ácido-base se supone que implicar la transferencia de un protón (H + ) a partir de un ácido a una base.

Iones hidronio son ácidos de acuerdo con los tres definiciones. Aunque alcoholes y aminas pueden ser ácidos de Brønsted-Lowry, también pueden funcionar como bases de Lewis debido a los pares solitarios de electrones en sus átomos de oxígeno y nitrógeno.

ácidos de Arrhenius

Svante Arrhenius

El químico sueco Svante Arrhenius atribuye las propiedades de acidez de iones de hidrógeno (H + ) o protones en 1884. Un ácido Arrhenius es una sustancia que, cuando se añade a agua, aumenta la concentración de H + iones en el agua. Tenga en cuenta que los químicos a menudo escriben H + ( aq ) y se refieren a la de iones de hidrógeno cuando se describen reacciones ácido-base, pero el núcleo de hidrógeno libre, un protón , no existe solo en el agua, existe como el ión hidronio, H 3 O + . Por lo tanto, un ácido Arrhenius también puede ser descrito como una sustancia que aumenta la concentración de iones hidronio cuando se añade a agua. Los ejemplos incluyen sustancias moleculares tales como HCl y ácido acético.

Un Arrhenius de base , por otro lado, es una sustancia que aumenta la concentración de hidróxido (OH - ) iones cuando se disuelve en agua. Esto disminuye la concentración de hidronio porque los iones reaccionan para formar H 2 O moléculas:

H 3 O +
(aq)
+ OH -
(aq)
⇌ H 2 O (l) + H 2 O (l)

Debido a este equilibrio, cualquier aumento en la concentración de hidronio se acompaña de una disminución en la concentración de hidróxido. Por lo tanto, también se podría decir un ácido de Arrhenius que ser uno que disminuye la concentración de hidróxido, mientras que una base de Arrhenius aumenta.

En una solución ácida, la concentración de iones hidronio es mayor que 10 -7 moles por litro. Como el pH se define como el logaritmo negativo de la concentración de iones hidronio, soluciones ácidas de este modo tienen un pH de menos de 7.

ácidos de Bronsted-Lowry

El ácido acético, CH3COOH, se compone de un grupo metilo, CH3, unido químicamente a un grupo carboxilato, COOH.  El grupo carboxilato puede perder un protón y donar a una molécula de agua, H20, dejando atrás una CH3COO- acetato de anión y la creación de un H3O hidronio de cationes.  Esta es una reacción de equilibrio, por lo que el proceso inverso también puede tener lugar.
El ácido acético , un ácido débil , dona un protón (ion hidrógeno, resaltado en verde) a agua en una reacción de equilibrio para dar el acetato de iones y el hidronio iones. Rojo: oxígeno, negro: carbono, blanco: hidrógeno.

Si bien el concepto de Arrhenius es útil para describir muchas reacciones, también es bastante limitado en su alcance. En 1923 los químicos Johannes Nicolaus Brønsted y Thomas Martin Lowry reconocieron independientemente de que las reacciones ácido-base implican la transferencia de un protón. Un ácido de Bronsted-Lowry (o simplemente ácido de Bronsted) es una especie que dona un protón a una base de Bronsted-Lowry. Brønsted-Lowry teoría ácido-base tiene varias ventajas sobre la teoría de Arrhenius. Considere las siguientes reacciones de ácido acético (CH 3 COOH), el ácido orgánico que da al vinagre su sabor característico:

CH
3
COOH
+H
2
O
CH
3
COO -
+ H
3
O +
CH
3
COOH
+NH
3
CH
3
COO -
+ NH +
4

Ambas teorías describen fácilmente la primera reacción: CH 3 COOH actúa como un ácido de Arrhenius, ya que actúa como una fuente de H 3 O + cuando se disuelve en agua, y actúa como un ácido de Bronsted por donar un protón al agua. En el segundo ejemplo CH 3 COOH se somete a la misma transformación, en este caso donar un protón a amoníaco (NH 3 ), pero no se refiere a la definición de Arrhenius de un ácido debido a que la reacción no produce hidronio. Sin embargo, CH 3 COOH es tanto un Arrhenius y un ácido de Bronsted-Lowry.

La teoría de Brönsted-Lowry puede ser usado para describir las reacciones de compuestos moleculares en solución no acuosa o en la fase gas. El cloruro de hidrógeno (HCl) y el amoníaco se combinan en varias condiciones diferentes para formar cloruro de amonio , NH 4 Cl. En solución acuosa de HCl se comporta como ácido clorhídrico y existe como iones hidronio y cloruro. Las siguientes reacciones ilustran las limitaciones de la definición de Arrhenius:

  1. H 3 O +
    (aq)
    + Cl -
    (aq)
    + NH 3 → Cl -
    (aq)
    + NH +
    4
    (aq) + H 2 O
  2. HCl (benceno) + NH 3 (benceno) → NH 4 Cl (s)
  3. HCl (g) + NH 3 (g) → NH 4 Cl (s)

Al igual que con las reacciones ácido acético, ambas definiciones de trabajo para el primer ejemplo, donde el agua es el ion hidronio disolvente y está formada por el soluto HCl. Los siguientes dos reacciones no implican la formación de iones, pero aún son reacciones de transferencia de protones. En la segunda reacción de cloruro de hidrógeno y amoniaco (disuelto en benceno ) reaccionan para formar cloruro de amonio sólido en un disolvente de benceno y en el tercero HCl gaseoso y NH 3 se combinan para formar el sólido.

ácidos de Lewis

Un tercer concepto, sólo marginalmente relacionados fue propuesta en 1923 por Gilbert N. Lewis , que incluye reacciones con características ácido-base que no implican una transferencia de protones. Un ácido de Lewis es una especie que acepta un par de electrones de otra especie; en otras palabras, es un aceptor de par de electrones. Reacciones ácido-base de Bronsted son las reacciones de transferencia de protones mientras Lewis reacciones ácido-base se electrones transferencias par. Muchos ácidos de Lewis no son ácidos de Brønsted-Lowry. Contrastar cómo se describen las siguientes reacciones en términos de química ácido-base:

LewisAcid.png

En la primera reacción de un ion fluoruro , F - , cede un par de electrones al trifluoruro de boro para formar el producto tetrafluoroborato . Fluoruro "pierde" un par de electrones de valencia debido a que los electrones compartidos en el enlace B-F están situados en la región del espacio entre los dos atómicas núcleos y son por lo tanto más distante del núcleo de fluoruro de lo que son en el ion fluoruro solitario. BF 3 es un ácido de Lewis porque acepta el par de electrones de fluoruro. Esta reacción no se puede describir en términos de la teoría de Brønsted porque no hay transferencia de protones. La segunda reacción se puede describir utilizando la teoría. Un protón se transfiere de un ácido de Brønsted no especificado a amoníaco, una base de Bronsted; alternativamente, el amoníaco actúa como una base de Lewis y transfiere un par solitario de electrones para formar un enlace con un ion hidrógeno. La especie que gana el par de electrones es el ácido de Lewis; Por ejemplo, el átomo de oxígeno en H 3 O + gana un par de electrones cuando uno de los enlaces H-O es roto y los electrones compartidos en el enlace convertido en localizado en oxígeno. Dependiendo del contexto, un ácido de Lewis también puede ser descrito como un oxidante o un electrófilo . Ácidos orgánicos de Brønsted, tales como los ácidos acético, cítrico, o ácido oxálico, no son ácidos de Lewis. Ellos se disocian en agua para producir un ácido de Lewis, H + , pero al mismo tiempo también producen una cantidad igual de una base de Lewis (acetato, citrato, oxalato o, respectivamente, para los ácidos mencionados). Pocos, si alguno, de los ácidos discutidos en los siguientes son ácidos de Lewis.

La disociación y el equilibrio

Las reacciones de los ácidos son a menudo generalizarse en forma HA ⇌ H + + A - , donde HA representa el ácido y A - es la base conjugada . Esta reacción se conoce como protolisis . La forma protonada (HA) de un ácido también se refiere a veces como el ácido libre .

Pares conjugados ácido-base se diferencian por un protón, y se pueden interconvertir mediante la adición o eliminación de un protón ( protonación y desprotonación , respectivamente). Tenga en cuenta que el ácido puede ser las especies cargadas y la base conjugada puede ser neutral en cuyo caso el esquema de reacción generalizado podría escribirse como HA + ⇌ H + + A. En solución existe un equilibrio entre el ácido y su base conjugada. La constante de equilibrio K es una expresión de las concentraciones de equilibrio de las moléculas o los iones en solución. Los paréntesis indican la concentración, tal que [H 2 O] significa la concentración de H 2 O . La constante de disociación ácida K una se utiliza generalmente en el contexto de reacciones ácido-base. El valor numérico de K una es igual al producto de las concentraciones de los productos, dividida por la concentración de los reactivos, en donde el reactivo es el ácido (HA) y los productos son la base conjugada y H + .

Cuanto más fuerte de dos ácidos tendrán una mayor K una que el ácido más débil; la relación de iones de hidrógeno a ácido será mayor para el ácido más fuerte como el ácido más fuerte tiene una mayor tendencia a perder su protón. Debido a que la gama de posibles valores para K un abarca muchos órdenes de magnitud, una constante, p más manejable K un se usa con más frecuencia, donde p K un = -log 10 K una . Los ácidos más fuertes tienen un p más pequeño K a que los ácidos más débiles. Determinado experimentalmente p K una a 25 ° C en solución acuosa son a menudo citados en libros de texto y material de referencia.

Nomenclatura

En el sistema de denominación clásica, los ácidos se nombran según sus aniones . Eso sufijo iónico se deja caer y se reemplaza con un nuevo sufijo (ya veces prefijo), de acuerdo con la siguiente tabla. Por ejemplo, HCl tiene cloruro como su anión, por lo que el sufijo uro hace que tomar la forma de ácido clorhídrico . En la IUPAC sistema de denominación, "acuoso" se añade simplemente al nombre del compuesto iónico. Por lo tanto, para el cloruro de hidrógeno, el nombre IUPAC sería cloruro de hidrógeno acuoso. Se añade el prefijo "hidro" sólo si el ácido se compone de tan sólo hidrógeno y otro elemento.

sistema de denominación clásica:

prefijo de aniones sufijo de aniones prefijo Acid sufijo ácido Ejemplo
por comió por ácido ic ácido perclórico (HClO 4 )
comió ácido ic ácido clórico (HClO 3 )
ite ácido ous ácido cloroso (HClO 2 )
hipo ite hipo ácido ous ácido hipocloroso (HClO)
ide hidro ácido ic ácido clorhídrico (HCl)

la fuerza del ácido

La fuerza de un ácido se refiere a su capacidad o tendencia a perder un protón. Un ácido fuerte es uno que se disocia completamente en agua; en otras palabras, una mol de un fuerte ácido HA se disuelve en agua dando un mol de H + y un mol de la base conjugada, A - , y ninguno de los HA ácido protonado. Por el contrario, un ácido débil se disocia sólo parcialmente y en equilibrio tanto el ácido como la base conjugada están en solución. Ejemplos de ácidos fuertes son ácido clorhídrico (HCl), ácido yodhídrico (HI), ácido bromhídrico (HBr), ácido perclórico (HClO 4 ), ácido nítrico (HNO 3 ) y ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ). En el agua cada uno de estos ioniza esencialmente 100%. Cuanto más fuerte es un ácido es, más fácilmente que pierde un protón, H + . Dos factores fundamentales que contribuyen a la facilidad de desprotonación son la polaridad de la H-un enlace y el tamaño del átomo de A, que determina la fuerza de la H-Un enlace. Concentraciones de ácido también se discuten a menudo en términos de la estabilidad de la base conjugada.

Los ácidos más fuertes tienen un mayor K un y una p más negativo K una de ácidos más débiles.

Los ácidos sulfónicos, que son oxiácidos orgánicos, son una clase de ácidos fuertes. Un ejemplo común es el ácido toluenosulfónico (ácido tosílico). A diferencia del ácido sulfúrico en sí, los ácidos sulfónicos pueden ser sólidos. De hecho, el poliestireno funcionalizado en sulfonato de poliestireno es un sólido plástico fuertemente ácida que es filtrable.

Superácidos son ácidos ácido sulfúrico fuerte que 100%. Los ejemplos de superácidos son ácido fluoroantimónico , ácido magia y ácido perclórico . Superácidos pueden protonar permanentemente agua para dar cristalino iónicos, hidronio "sales". También pueden estabilizar cuantitativamente carbocationes .

Mientras que K un mide la fuerza de un compuesto ácido, la fuerza de una solución ácida acuosa se mide por el pH, que es una indicación de la concentración de hidronio en la solución. El pH de una solución simple de un compuesto ácido en agua está determinada por la dilución del compuesto y del compuesto K una .

características químicas

ácidos monopróticos

Ácidos monopróticos, también conocidos como ácidos monobásicos, son aquellos ácidos que son capaces de donar un protón por molécula durante el proceso de disociación (a veces llamado ionización) como se muestra a continuación (simbolizado por HA):

HA (ac) + H 2 O (l) ⇌ H 3 O +
(ac)
+ A -
(aq)
        K una

Los ejemplos más comunes de ácidos monopróticos en ácidos minerales incluyen ácido clorhídrico (HCl) y ácido nítrico (HNO 3 ). Por otro lado, por ácidos orgánicos el término indica principalmente la presencia de un ácido carboxílico grupo y, a veces estos ácidos son conocidos como ácido monocarboxílico. Ejemplos en ácidos orgánicos incluyen ácido fórmico (HCOOH), ácido acético (CH 3 COOH) y ácido benzoico (C 6 H 5 COOH).

ácidos polipróticas

ácidos polipróticos, también conocidos como ácidos polibásicos, son capaces de donar más de un protón por molécula de ácido, en contraste con monoprótico ácidos que sólo donan un protón por molécula. Los tipos específicos de ácidos polipróticos tienen nombres más específicos, tales como diprótico (o dibásico) ácido (dos protones potenciales para donar), y triprótico (o tribásico) ácido (tres protones potenciales para donar).

Un ácido diprótico (aquí simbolizado por H 2 A) puede someterse a una o dos disociaciones en función del pH. Cada uno tiene su propia disociación constante de disociación, K a1 y K a2 .

H 2 A (aq) + H 2 O (l) ⇌ H 3 O +
(aq)
+ HA -
(aq)
      K a1
HA -
(aq)
+ H 2 O (l) ⇌ H 3 O +
(ac)
+ A 2-
(aq)
      K a2

La primera constante de disociación es típicamente mayor que la segunda; es decir, K a1 > K a2 . Por ejemplo, ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) puede donar un protón para formar el bisulfato de aniones (HSO -
4
), para los que K a1 es muy grande; entonces se puede donar un segundo protón para formar el sulfato de aniones (SO 2-
4
), en el que la K a2 es la fuerza intermedia. La gran K a1 para la primera disociación hace que un ácido fuerte sulfúrico. De una manera similar, la inestable débil ácido carbónico (H 2 CO 3 ) puede perder un protón para formar bicarbonato de anión (HCO -
3
)
y perder un segundo para formar carbonato de aniones (CO 2-
3
). Tanto K a los valores son pequeños, pero K a1 > K a2 .

Un ácido triprótico (H 3 A) puede someterse a uno, dos, o tres disociaciones y tiene tres constantes de disociación, donde K a1 > K a2 > K a3 .

H 3 A (aq) + H 2 O (l) ⇌ H 3 O +
(aq)
+ H 2 A -
(aq)
        K a1
H 2 A -
(aq)
+ H 2 O (l) ⇌ H 3 O +
(aq)
+ HA 2-
(aq)
      K a2
HA 2-
(aq)
+ H 2 O (l) ⇌ H 3 O +
(ac)
+ A 3-
(aq)
        K a3

Un inorgánico ejemplo de un ácido triprótico es ácido ortofosfórico (H 3 PO 4 ), por lo general sólo llamado ácido fosfórico . Todos los tres protones se pueden perder sucesivamente para producir H 2 PO -
4
, a continuación, HPO 2-
4
, y, finalmente, PO 3-
4
, el ion ortofosfato, por lo general sólo llamados fosfato . A pesar de que las posiciones de los tres protones de la molécula de ácido fosfórico original, son equivalentes, los sucesivos K a valores difieren ya que es energéticamente menos favorable a perder un protón si la base conjugada es cargado más negativamente. Un orgánico ejemplo de un ácido triprótico es ácido cítrico , que puede perder sucesivamente tres protones para formar, finalmente, el citrato de iones.

Aunque la pérdida subsiguiente de cada ion hidrógeno es menos favorable, todas las bases conjugadas están presentes en solución. La concentración fraccionada, α (alfa), para cada especie se puede calcular. Por ejemplo, un ácido diprótico genérico generará 3 especies en solución: H 2 A, HA - , y A 2- . Las concentraciones fraccionales se pueden calcular de la siguiente manera cuando se administran ya sea el pH (que se puede convertir a la [H + ]) o las concentraciones del ácido con todas sus bases conjugadas:

Una parcela de estas concentraciones fraccionales contra pH, para dado K 1 y K 2 , se conoce como una trama Bjerrum . Un patrón se observa en las ecuaciones anteriores y se puede ampliar a lo general n ácido -protic que ha sido desprotonado i -los tiempos:

donde K 0 = 1 y los otros K-términos son las constantes de disociación para el ácido.

Neutralización

El ácido clorhídrico (en vaso de precipitados ) hacer reaccionar con amoniaco humos para producir cloruro de amonio (humo blanco).

La neutralización es la reacción entre un ácido y una base, produciendo una sal y la base neutralizada; por ejemplo, ácido clorhídrico y el hidróxido de sodio forma de cloruro de sodio y agua:

HCl (aq) + NaOH (aq) → H 2 O (l) + NaCl (aq)

La neutralización es la base de titulación , donde un indicador de pH muestra punto de equivalencia cuando el número equivalente de moles de una base se han añadido a un ácido. A menudo se asume erróneamente que la neutralización debe resultar en una solución con pH 7,0, que sólo es el caso con las fortalezas de ácidos y bases similares durante una reacción.

La neutralización con una base más débil que los resultados de ácido en una sal débilmente ácido. Un ejemplo es el débilmente ácida de cloruro de amonio , que se produce a partir de la fuerte ácido de cloruro de hidrógeno y la base débil de amoníaco . A la inversa, la neutralización de un ácido débil con una base fuerte da una sal básica débilmente, por ejemplo fluoruro de sodio a partir de fluoruro de hidrógeno y el hidróxido de sodio .

equilibrio ácido base débil Débil

Para que un ácido protonado a perder un protón, el pH del sistema debe elevarse por encima de la p K un del ácido. La concentración disminuida de H + en que la solución básica desplaza el equilibrio hacia la forma de base conjugada (la forma desprotonada del ácido). En las soluciones de menor pH (más ácido), hay una suficiente alta H + concentración en la solución para hacer que el ácido permanezca en su forma protonada.

Soluciones de ácidos débiles y sales de sus bases conjugadas forman soluciones tampón .

Valoración

Para determinar la concentración de un ácido en una solución acuosa, una valoración ácido-base se realiza comúnmente. Una solución de base fuerte con una concentración conocida, generalmente NaOH o KOH, se añade para neutralizar la solución de ácido de acuerdo con el cambio de color del indicador con la cantidad de base añadida. La curva de valoración de un ácido valorada por una base tiene dos ejes, con el volumen de la base en el eje x y el valor pH de la solución en el eje y. El pH de la solución siempre sube a medida que se añade la base a la solución.

Ejemplo: ácido diprótico

Esta es una curva de titulación ideal para la alanina , un aminoácido diprótico. Point 2 es el primer punto en el que la cantidad de NaOH añadido es igual a la cantidad de alanina en la solución original equivalente.

Para cada curva de titulación ácido diprótico, de izquierda a derecha, hay dos puntos medios, dos puntos de equivalencia, y dos regiones de amortiguamiento.

Los puntos de equivalencia

Debido a los procesos de disociación sucesivas, hay dos puntos de equivalencia en la curva de valoración de un ácido diprótico. El primer punto de equivalencia se produce cuando se titulan todos los primeros iones de hidrógeno de la primera ionización. En otras palabras, la cantidad de OH - añadido es igual a la cantidad original de H 2 A en el primer punto de equivalencia. El segundo punto de equivalencia se produce cuando se titulan todos los iones de hidrógeno. Por lo tanto, la cantidad de OH - añadido es igual a dos veces la cantidad de H 2 A en este momento. Para un ácido diprótico débil titula mediante una base fuerte, el segundo punto de equivalencia debe ocurrir a pH superior a 7 debido a la hidrólisis de las sales resultó en la solución. En cada punto de equivalencia, la adición de una gota de la base hará que la subida más empinada de la valor de pH en el sistema.

regiones de amortiguamiento y puntos medios

Una curva de titulación para un ácido diprótico contiene dos puntos medios donde pH = pK a . Puesto que hay dos K diferentes a los valores, el primer punto medio se produce a pH = pK a1 uno y el segundo ocurre a pH = pK a2 . Cada segmento de la curva que contiene un punto medio en su centro se llama la región tampón. Debido a que las regiones de tampón consisten en el ácido y su base conjugada, puede resistir los cambios de pH cuando se añade la base hasta que los puntos equivalentes próximos.

Aplicaciones de ácidos

Existen ácidos universalmente en nuestra vida. Existen tanto numerosos tipos de compuestos de ácidos naturales con funciones biológicas y ácidos sintetizados masivas que se utilizan de muchas maneras.

En la industria

Los ácidos son reactivos fundamentales en el tratamiento de casi todos los procesos en la industria de hoy. Ácido sulfúrico, un ácido diprótico, es el ácido más ampliamente utilizado en la industria, que es también la química industrial más producido en el mundo. Se utiliza principalmente en la producción de fertilizantes, detergentes, baterías y colorantes, así como se utiliza en el procesamiento de muchos productos tales como la eliminación de impurezas. De acuerdo con los datos estadísticos de 2011, la producción anual de ácido sulfúrico fue de alrededor de 200 millones de toneladas en el mundo. Por ejemplo, minerales de fosfato reaccionan con el ácido sulfúrico para producir ácido fosfórico para la producción de fertilizantes de fosfato y zinc se produce disolviendo óxido de zinc en ácido sulfúrico, la purificación de la solución y extracción electrolítica.

En la industria química, los ácidos reaccionan en reacciones de neutralización para producir sales. Por ejemplo, ácido nítrico reacciona con amoniaco para producir nitrato de amonio , un fertilizante. Además, los ácidos carboxílicos pueden ser esterificados con alcoholes, para producir ésteres .

Los ácidos se utilizan a menudo para eliminar el óxido y otra a la corrosión de metales en un proceso conocido como decapado . Se pueden utilizar como un electrolito en una batería de celda húmeda , tal como ácido sulfúrico en una batería de coche .

En la comida

El agua carbonatada (H 2 CO 3 solución acuosa) es uno de los principales ingredientes enumerados la hoja ingrediente de una lata de Coca-Cola.

El ácido tartárico es un componente importante de algunos alimentos comúnmente usados como mangos sin madurar y tamarindo. Frutas y verduras naturales también contienen ácidos. El ácido cítrico está presente en las naranjas, limón y otros cítricos. El ácido oxálico está presente en los tomates, las espinacas, y especialmente en carambola y ruibarbo ; hojas de ruibarbo y carambolas inmaduras son tóxicos debido a las altas concentraciones de ácido oxálico. El ácido ascórbico (vitamina C) es una vitamina esencial para el cuerpo humano y está presente en tales alimentos como amla ( grosella espinosa india ), limón, cítricos, y guayaba.

Muchos ácidos se pueden encontrar en diversos tipos de alimentos como aditivos, ya que alteran su sabor y sirven como conservantes. Ácido fosfórico , por ejemplo, es un componente de cola bebidas. El ácido acético se utiliza en la vida día a día como el vinagre. El ácido cítrico se utiliza como conservante en salsas y encurtidos.

El ácido carbónico es uno del aditivo ácido más común que es ampliamente añadió en refrescos s, tales como Coca-Cola . Durante el proceso de fabricación de bebidas no alcohólicas, CO 2 por lo general se presuriza a disolverse en estas bebidas para generar ácido carbónico. El ácido carbónico es muy inestables y tienden a descomponerse en agua y CO 2 en temperatura y presión normal. Por lo tanto, cuando abrimos las botellas o latas de este tipo de bebidas sin alcohol, CO 2 salen burbujas y por lo tanto se sienten 'chispas'.

Ciertos ácidos se utilizan como medicamentos. El ácido acetilsalicílico (aspirina) se usa como un analgésico y para bajar la fiebre.

En los cuerpos humanos

Acids desempeñan papeles importantes en el cuerpo humano. El ácido presente clorhídrico en el estómago ayuda a la digestión por romper grandes y complejas moléculas de los alimentos. los aminoácidos son necesarios para la síntesis de las proteínas necesarias para el crecimiento y reparación de los tejidos corporales. También se requiere que los ácidos grasos para el crecimiento y reparación de los tejidos corporales. Los ácidos nucleicos que son importantes para la fabricación de ADN y ARN y de transmisión de rasgos a la descendencia a través de genes. El ácido carbónico es importante para el mantenimiento del equilibrio de pH en el cuerpo.

Los cuerpos humanos contienen una variedad de compuestos orgánicos e inorgánicos, entre los ácidos dicarboxílicos juegan un papel esencial en muchos comportamientos biológicos. Muchos de esos ácidos son aminoácidos que sirven principalmente como materiales para la síntesis de proteínas. Otros ácidos débiles sirven como amortiguadores con sus bases conjugadas para mantener el pH del cuerpo a partir de someterse a cambios a gran escala que sería perjudicial para las células. El resto de los ácidos dicarboxílicos también participan en la síntesis de diversos compuestos biológicamente importantes en cuerpos humanos.

catálisis ácida

Los ácidos se utilizan como catalizadores en la química industrial y orgánica; por ejemplo, ácido sulfúrico se utiliza en cantidades muy grandes en la alquilación proceso para producir gasolina. Algunos ácidos, tales como sulfúrico, fosfórico, y ácidos clorhídrico, también afectan de deshidratación y reacciones de condensación . En bioquímica, muchas enzimas emplean catálisis ácida.

ocurrencia Biológica

Estructura básica de un aminoácido .

Muchas moléculas biológicamente importantes son los ácidos. Los ácidos nucleicos , que contienen ácidos grupos fosfato , incluyen DNA y RNA . Los ácidos nucleicos que contienen el código genético que determina muchas de las características de un organismo, y se pasa de padres a hijos. ADN contiene el plano químico para la síntesis de proteínas que se componen de aminoácidos subunidades. Las membranas celulares contienen ácidos grasos de los ésteres tales como fosfolípidos .

Un ácido α-amino tiene un carbono central (la α o alfa de carbono ) que está unido covalentemente a un carboxilo grupo (por lo tanto son ácidos carboxílicos ), un amino grupo, un átomo de hidrógeno y un grupo variable. El grupo de variables, también llamado el grupo R o cadena lateral, determina la identidad y muchas de las propiedades de un aminoácido específico. En la glicina , el aminoácido más simple, el grupo R es un átomo de hidrógeno, pero en todos los otros aminoácidos que es contiene uno o más átomos de carbono unidos a hidrógenos, y pueden contener otros elementos tales como azufre, oxígeno o nitrógeno. Con la excepción de la glicina, aminoácidos de origen natural son quiral y casi invariablemente se producen en el L -Configuración . El peptidoglicano , se encuentra en algunos bacterianas paredes celulares contiene algunos D -aminoácidos. A pH fisiológico, típicamente alrededor de 7, existen aminoácidos libres en una forma cargada, donde el grupo carboxilo ácido (-COOH) pierde un protón (-COO - ) y el grupo amina básica (-NH 2 ) las ganancias un protón (-NH +
3
). La molécula entera tiene una carga neta neutra y es un zwitterion , con la excepción de los aminoácidos con cadenas laterales básicas o ácidas. El ácido aspártico , por ejemplo, posee una amina protonada y dos grupos carboxilo desprotonados, para una carga neta de -1 a pH fisiológico.

Los ácidos grasos y derivados de ácidos grasos son otro grupo de ácidos carboxílicos que juegan un papel importante en la biología. Estos contienen cadenas hidrocarbonadas largas y un grupo de ácido carboxílico en un extremo. La membrana celular de casi todos los organismos se compone sobre todo de un bicapa de fosfolípidos , una micela de ésteres de ácido graso hidrófobos con polares, hidrófilos fosfato grupos "cabeza". Las membranas contienen componentes adicionales, algunos de los cuales pueden participar en reacciones ácido-base.

En los seres humanos y muchos otros animales, el ácido clorhídrico es una parte de la ácido gástrico secretado en el estómago para ayudar a hidrolizan proteínas y polisacáridos , así como la conversión de la pro-enzima inactiva, pepsinógeno en el enzima , pepsina . Algunos organismos producen ácidos para la defensa; por ejemplo, las hormigas producen ácido fórmico .

Equilibrio ácido-base juega un papel crítico en la regulación de mamífero respiración. El oxígeno gas (O 2 ) acciona la respiración celular , el proceso por el que los animales liberan la sustancia química energía potencial almacenada en los alimentos, la producción de dióxido de carbono (CO 2 ) como un subproducto. El oxígeno y el dióxido de carbono se intercambian en los pulmones , y el cuerpo responde a los cambios de las demandas de energía mediante el ajuste de la velocidad de ventilación . Por ejemplo, durante períodos de esfuerzo el cuerpo descompone rápidamente almacenados hidratos de carbono y grasa, la liberación de CO 2 en la corriente sanguínea. En soluciones acuosas, tales como sangre CO 2 existe en equilibrio con el ácido carbónico y bicarbonato de iones.

CO 2 + H 2 O ⇌ H 2 CO 3 ⇌ H + + HCO -
3

Es la disminución en el pH que indica al cerebro a respirar más rápido y profundo, expulsando el exceso de CO 2 y el reabastecimiento de las células con O 2 .

La aspirina (ácido acetilsalicílico) es un ácido carboxílico .

Las membranas celulares son generalmente impermeable a moléculas cargadas o grandes, polares debido a los lipófilos cadenas de acilo graso que comprenden su interior. Muchas moléculas biológicamente importantes, incluyendo un número de agentes farmacéuticos, son ácidos débiles orgánicos que pueden cruzar la membrana en su forma protonada, no cargada, pero no en su forma cargada (es decir, como la base conjugada). Por esta razón, la actividad de muchos fármacos se puede mejorar o inhibida por el uso de antiácidos o alimentos ácidos. La forma cargada, sin embargo, es a menudo más soluble en la sangre y citosol , ambos entornos acuosos. Cuando el ambiente extracelular es más ácido que el pH neutral dentro de la célula, existirán ciertos ácidos en su forma neutral y serán membrana soluble, lo que les permite cruzar la bicapa de fosfolípidos. Acids que pierden un protón en el pH intracelular se existir en su forma soluble, cargado y por lo tanto son capaces de difundirse a través del citosol a su objetivo. El ibuprofeno , la aspirina y la penicilina son ejemplos de fármacos que son ácidos débiles.

ácidos comunes

Los ácidos minerales (ácidos inorgánicos)

ácidos sulfónicos

Un ácido sulfónico tiene la fórmula general RS (= O) 2 -OH, donde R es un radical orgánico.

Ácidos carboxílicos

Un ácido carboxílico tiene la fórmula general RC (O) OH, donde R es un radical orgánico. El grupo carboxilo -C (O) OH contiene un carbonilo grupo, C = O, y un hidroxilo grupo, OH.

ácidos carboxílicos halogenados

La halogenación en posición alfa aumenta la fuerza del ácido, de modo que los ácidos siguientes son todos fuerte que el ácido acético.

ácidos carboxílicos vinílogos

Ácidos carboxílicos normales son la unión directa de un grupo carbonilo y un grupo hidroxilo. En vinílogos ácidos carboxílicos, un doble enlace carbono-carbono separa los grupos carbonilo e hidroxilo.

Ácidos nucleicos

referencias

enlaces externos