Ácido fuerte: qué es, definición, propiedades, ejemplos
¿Qué es un ácido fuerte?
Un ácido fuerte es cualquier compuesto capaz de liberar completa e irreversiblemente protones o iones hidrógenos, H+. Al ser tan reactivo, un gran número de especies se ven obligadas a aceptar estos H+, como por ejemplo, el agua, cuya mezcla se vuelve potencialmente peligrosa con el simple contacto físico.
El ácido dona un protón al agua, que funciona como una base para formar el ion hidronio, H3O+. La concentración del ion hidronio en una solución de un ácido fuerte es igual a la concentración del ácido ([H3O+]=[HAc]).
Mientras más alta sea la concentración de un ácido (débil o fuerte), se debe ser más precavido en su manipulación. Por eso las botellas de los ácidos clorhídrico, nítrico o sulfúrico muestran el pictograma de una mano lastimada por la propiedad corrosiva de una gota de ácido cayendo sobre ella.
Los ácidos fuertes son sustancias que deben manipularse con plena conciencia de sus posibles efectos. Trabajando con ellas cuidadosamente se pueden aprovechar sus propiedades para múltiples usos, siendo uno de los más comunes la síntesis o medios de disolución de muestras.
Propiedades de un ácido fuerte
Disociación
Un ácido fuerte se disocia o ioniza en un 100% en solución acuosa, aceptando un par de electrones. La disociación de un ácido puede esquematizarse con la siguiente ecuación química:
HAc + H₂O => A– + H3O+
Donde HAc es el ácido fuerte, y A– su base conjugada.
La ionización de un ácido fuerte es un proceso que suele ser irreversible. En los ácidos débiles, por el contrario, la ionización sí es reversible. En la ecuación se muestra que el H₂O es el que acepta el protón, sin embargo, también pueden hacerlo los alcoholes y otros solventes.
Esta tendencia a aceptar protones varía de sustancia a sustancia, y así, la fuerza ácida de HAc no es la misma en todos los solventes.
pH
El pH de un ácido fuerte es muy bajo, estando comprendido entre 0 y 1 unidades de pH. Por ejemplo, una solución de HCl 0.1 M tiene un pH de 1.
Esto se puede demostrar mediante el uso de la fórmula
pH = – log [H+]
Se puede calcular el pH de una solución de HCl 0.1 M, aplicando entonces
pH = -log(0.1)
Obteniéndose un pH de 1 para la solución de HCl 0.1 M.
pKa
La fuerza de los ácidos se relaciona con su pKa. El ion hidronio (H3O+), por ejemplo, tiene un pKa de -1.74. Generalmente, los ácidos fuertes tienen pKa con valores más negativos que -1.74, y son, por tanto, más ácidos que el mismo H3O+.
El pKa expresa en cierta forma la tendencia del ácido a disociarse. Mientras menor sea su valor, más fuerte y agresivo será el ácido. Por esta razón, es conveniente expresar la fortaleza relativa de un ácido mediante el valor de su pKa.
Corrosión
En general, los ácidos fuertes son catalogados como corrosivos. Sin embargo, hay excepciones para esta asunción.
Por ejemplo, el ácido fluorhídrico es un ácido débil, y no obstante, es sumamente corrosivo y capaz de disolver el vidrio. Debido a esto se tiene que manipular en botellas plásticas y a bajas temperaturas.
Por el contrario, un ácido de gran fortaleza como el superácido carborano, que a pesar de ser millones de veces más fuerte que el ácido sulfúrico, no es corrosivo.
Factores que afectan a un ácido fuerte
Electronegatividad de su base conjugada
A medida que ocurre un desplazamiento hacia la derecha en un período de la tabla periódica, aumenta la negatividad de los elementos que constituyen la base conjugada.
La observación del período 3 de la tabla periódica muestra, por ejemplo, que el cloro es más electronegativo que el azufre y a su vez, el azufre es más electronegativo que el fósforo.
Esto está de acuerdo con el hecho de que el ácido clorhídrico es más fuerte que el ácido sulfúrico, y este último es más fuerte que el ácido fosfórico.
Al aumentar la electronegatividad de la base conjugada del ácido, aumenta la estabilidad de la base, y por ello disminuye su tendencia a un reagrupamiento con el hidrógeno para regenerar el ácido.
No obstante, deben considerarse otros factores, ya que este por sí solo no es determinante.
Radio de la base conjugada
La fuerza del ácido depende también del radio de su base conjugada. La observación del grupo VIIA de la tabla periódica (halógenos) muestra que los radios atómicos de los elementos que forman el grupo guardan la relación siguiente: I > Br > Cl > F.
Asimismo, los ácidos que forman guardan el mismo orden decreciente de la fuerza de los ácidos:
HI > HBr > HCl > HF
En conclusión, al aumentar el radio atómico de los elementos de un mismo grupo de la tabla periódica, aumenta en el mismo sentido la fuerza del ácido que forman.
Esto se explica en el debilitamiento del enlace H-Ac por un pobre solapamiento de los orbitales atómicos desiguales en tamaño.
Número de átomos de oxígeno
La fuerza de un ácido dentro de una serie de oxácidos depende del número de átomos de oxígeno que tenga la base conjugada.
Las moléculas que tienen el mayor número de átomos de oxígeno constituyen las especies con mayor fuerza ácida. Por ejemplo, el ácido nítrico (HNO3) es un ácido más fuerte que el ácido nitroso (HNO2).
Por otro lado, el ácido perclórico (HClO4) es un ácido más fuerte que el ácido clórico (HClO3). Y finalmente, el ácido hipocloroso (HClO) es el ácido de menor fuerza de la serie.
Ejemplos de ácidos fuertes
– Ácido yodhídrico (HI)
– Ácido bromhídrico (HBr)
– Ácido perclórico (HClO4)
– Ácido clorhídrico (HCl)
– Ácido sulfúrico (H2SO4)
– Ácido p-toluenosulfónico (CH3C6H4SO3H)
– Ácido nítrico (HNO3)
– Ácido brómico (HBrO3)
– Ácido yódico (HIO3)
– Ácido clórico (HClO3)
– Ácido nitroso (HNO2)
– Ácido fluoroantimónico (H[SbF6])
– Ácido fluorosulfónico (FSO3H)
– Ácido trifluorometanosulfónico (CF3SO3H)
– Ácido mágico (FSO3HSbF5)
Referencias
- Properties that determine acid strength. Recuperado de shmoop.com
- Helmenstine, Anne Marie. Strong Acid Definition and Examples. Recuperado de thoughtco.com