Sales ácidas (oxisales): qué son, nomenclatura, formación, ejemplos
¿Qué son las sales ácidas?
Las sales ácidas u oxisales son aquellas que derivan de la neutralización parcial de los hidrácidos y oxoácidos. Por tanto, pueden encontrarse en la naturaleza sales binarias y ternarias, ya sean inorgánicas u orgánicas. Se caracterizan por tener protones ácidos disponibles (H+).
Debido a esto, generalmente sus disoluciones conducen a la obtención de medios ácidos (pH7). Sin embargo, no todas las sales ácidas exhiben esta característica; algunas de hecho originan soluciones alcalinas (básicas, con pH>7).
La más representativa de todas las sales ácidas es la que se conoce comúnmente como bicarbonato de sodio, o con sus respectivos nombres regidos por la nomenclatura tradicional, sistemática o de composición.
¿Cuál es la fórmula química del bicarbonato de sodio? NaHCO3. Como puede apreciarse, dispone únicamente de un protón. ¿Y cómo se encuentra enlazado dicho protón? A uno de los átomos de oxígeno, formando el grupo hidróxido (OH).
De manera que los dos restantes átomos de oxígeno se consideran como óxidos (O2–). Esta visión de la estructura química del anión permite nombrarlo de manera más selectiva.
Estructura química de las sales ácidas
Las sales ácidas tienen en común la presencia de uno o más protones ácidos, así como la de un metal y un no metal. La diferencia entre las que provienen de los hidrácidos (HA) y los oxoácidos (HAO) es, lógicamente, el átomo de oxígeno.
Sin embargo, el factor clave que determina qué tan ácida es la sal en cuestión (el pH que produce una vez disuelta en un solvente), recae sobre la fuerza del enlace entre el protón y el anión; asimismo depende de la naturaleza del catión, como en el caso del ion amonio (NH4+).
La fuerza H-X, siendo X el anión, varía según el solvente que disuelve la sal, el cual generalmente es agua o alcohol. De aquí, tras ciertas consideraciones de equilibrio en solución, puede deducirse el nivel de acidez de las sales mencionadas.
Mientras más protones tenga el ácido, mayor será el número posible de sales que puedan emerger de él. Por esta razón en la naturaleza existen muchas sales ácidas, cuya mayoría yace disuelta en los grandes océanos y mares, así como en componentes nutricionales de los suelos además de los óxidos.
Nomenclatura de las sales ácidas
¿Cómo se nombran las sales ácidas? La cultura popular se ha encargado de asignarles nombres muy arraigados a las sales más comunes; no obstante, para el resto de ellas, no tan conocidas, los químicos han formulado una serie de pasos para darles nombres universales.
Con este propósito la IUPAC ha recomendado una serie de nomenclaturas, las cuales aunque aplican igual para los hidrácidos y oxácidos, presentan ligeras diferencias cuando se emplean con sus sales.
Es necesario dominar la nomenclatura de los ácidos antes de avanzar a la nomenclatura de las sales.
Sales hidrácidas ácidas
Los hidrácidos son en esencia la unión entre el hidrógeno y un átomo no metálico (de los grupos 17 y 16, a excepción del oxígeno). Sin embargo, solo aquellos que disponen de dos protones (H2X) son capaces de formar sales ácidas.
Así, en el caso del ácido sulfhídrico (H2S), al sustituirse uno de sus protones por un metal, sodio, por ejemplo se tiene NaHS.
¿Cómo se llama la sal NaHS? Existen dos maneras: la nomenclatura tradicional y la de composición.
Sabiendo que se trata de un sulfuro, y que el sodio tiene solo valencia de +1 (porque es del grupo 1), se prosigue a continuación:
Sal: NaHS
Nomenclaturas
Composición: Hidrogenosulfuro de sodio.
Tradicional: Sulfuro ácido de sodio.
Otro ejemplo también puede ser Ca(HS)2:
Sal: Ca(HS)2
Nomenclaturas
Composición: Bis(hidrogenosulfuro) de calcio.
Tradicional: Sulfuro ácido de calcio.
Como puede apreciarse, se agregan los prefijos bis-, tris, tetraquis, etc., de acuerdo al número de aniones (HX)n, siendo n la valencia del átomo metálico. Entonces, aplicando el mismo razonamiento para el Fe(HSe)3:
Sal: Fe(HSe)3
Nomenclaturas
Composición: Tris(hidrogenoseleniuro) de hierro (III).
Tradicional: Sulfuro ácido de hierro (III).
Ya que el hierro cuenta principalmente con dos valencias (+2 y +3), se indica entre paréntesis con números romanos.
Sales ácidas ternarias
También llamadas oxisales, presentan una estructura química más compleja que las sales hidrácidas ácidas. En estas el átomo no metálico forma enlaces dobles con el oxígeno (X=O), catalogados como óxidos, y enlaces simples (X–OH); siendo estos últimos responsables de la acidez del protón.
Las nomenclaturas tradicional y de composición mantienen las mismas normas que para los oxoácidos y sus respectivas sales ternarias, con la única distinción de resaltar la presencia del protón.
Por otro lado, la nomenclatura sistemática considera los tipos de enlaces XO (de adición) o el número de oxígenos y de protones (la de hidrógeno de los aniones).
Regresando con el bicarbonato de sodio, se nombra como sigue:
Sal: NaHCO3
Nomenclaturas
Tradicional: carbonato ácido de sodio.
Composición: Hidrogenocarbonato de sodio.
Sistemática de adición y de hidrógeno de los aniones: Hidroxidodioxidocarbonato(-1) de sodio, hidrogeno(trioxidocarbonato) de sodio.
Informal: Bicarbonato sódico, bicarbonato de sodio.
¿De dónde surgen los términos ‘hidroxi’ y ‘dioxido’? ‘Hidroxi’ se refiere al grupo –OH remanente en el anión HCO3– (O2C–OH), y ‘dioxido’ a los otros dos oxígeno sobre los que “resuenan” el doble enlace C=O (resonancia).
Por esta razón la nomenclatura sistemática, si bien es más exacta, resulta un poco complicada para los iniciados en el mundo de la química. El número (-1) es igual a la carga negativa del anión.
Otro ejemplo
Sal: Mg(H2PO4)2
Nomenclaturas
Tradicional: Fosfato diácido de magnesio.
Composición: dihidrogenofosfato de magnesio (nótese los dos protones).
Sistemática de adición y de hidrógeno de los aniones: dihidroxidodioxidofosfato (-1) de magnesio, bis[dihidrogeno(tetraoxidofosfato)] de magnesio.
Interpretando nuevamente la nomenclatura sistemática, se tiene que el anión H2PO4– tiene dos grupos OH, por lo que los dos átomos de oxígeno restantes forman óxidos (P=O).
Formación de las sales ácidas
¿Cómo se forman las sales ácidas? Son producto de la neutralización, es decir, de la reacción de un ácido con una base. Debido a que estas sales disponen de protones ácidos, la neutralización no puede ser completa, sino parcial; de lo contrario se obtiene la sal neutra, como se aprecia en las ecuaciones químicas:
H2A + 2NaOH => Na2A + 2H2O (Completa)
H2A + NaOH => NaHA + H2O (Parcial)
Asimismo, solo los ácidos polipróticos pueden tener neutralizaciones parciales, ya que los ácidos HNO3, HF, HCl, etc., solo tienen un único protón. Aquí, la sal ácida es NaHA (la cual es ficticia).
Si en lugar de haber neutralizado el ácido diprótico H2A (más exactamente, un hidrácido), con Ca(OH)2, entonces se hubiera generado la sal de calcio Ca(HA)2 correspondiente. Si se usara Mg(OH)2, se obtendría Mg(HA)2; si se usara LiOH, LiHA; CsOH, CsHA, y así sucesivamente.
De esto se concluye en lo que concierne a la formación, que la sal se conforma por el anión A que proviene del ácido, y del metal de la base utilizada para la neutralización.
Fosfatos
El ácido fosfórico (H3PO4) es un oxoácido poliprótico, por lo que de él deriva una cantidad amplia de sales. Empleando KOH para neutralizarlo y así ir obteniendo sus sales se tiene:
H3PO4 + KOH => KH2PO4 + H2O
KH2PO4 + KOH => K2HPO4 + H2O
K2HPO4 + KOH => K3PO4 + H2O
El KOH neutraliza uno de los protones ácidos del H3PO4, sustituyéndose por el catión K+ en la sal fosfato diácido de potasio (de acuerdo a la nomenclatura tradicional). Esta reacción sigue teniendo lugar hasta que se adicionan los mismos equivalentes de KOH para neutralizar todos los protones.
Puede verse entonces que se forman hasta tres sales potásicas diferentes, cada una con sus respectivas propiedades y posibles usos. El mismo resultado podría obtenerse usando LiOH, dando fosfatos de litio; o Sr(OH)2, para formar fosfatos de estroncio, y así con otras bases.
Citratos
El ácido cítrico es un ácido tricarboxílico presente en muchas frutas. Por lo tanto, tiene tres grupos –COOH, lo que es igual a tres protones ácidos. Nuevamente, como el ácido fosfórico, es capaz de generar tres tipos de citratos en función del grado de neutralización.
De este modo, utilizando NaOH se obtienen los citratos mono-, di- y trisódicos:
OHC3H4(COOH)3 + NaOH => OHC3H4(COONa)(COOH)2 + H2O
OHC3H4(COONa)(COOH)2 + NaOH => OHC3H4(COONa)2(COOH) + H2O
OHC3H4(COONa)2(COOH) + NaOH => OHC3H4(COONa)3 + H2O
Las ecuaciones químicas lucen complicadas dadas la estructura del ácido cítrico, pero de representarla las reacciones serían tan simples como las del ácido fosfórico.
La última sal es el citrato de sodio neutro, cuya fórmula química es Na3C6H5O7. Y los otros citratos de sodio son: Na2C6H6O7, citrato ácido de sodio (o citrato disódico); y NaC6H7O7, citrato diácido de sodio (o citrato monosódico).
Estas son un claro ejemplo de sales orgánicas ácidas.
Ejemplos de sales ácidas
Muchas sales ácidas se encuentran en las flores y otros sustratos biológicos, así como en los minerales. Sin embargo, se han omitido las sales de amonio, las cuales, a diferencia de las otras, no derivan de un ácido sino de una base: el amoníaco.
¿Cómo es posible? Se debe a la reacción de neutralización del amoníaco (NH3), base que desprotona y produce el catión amonio (NH4+). El NH4+, así como lo hacen los otros cationes metálicos, puede sustituir perfectamente cualquiera de los protones ácidos de las especies hidrácidas u oxácidas.
Para el caso de los fosfatos y citratos de amonio, basta con sustituir los K y Na por NH4, y se obtendrán seis nuevas sales. Lo mismo es cierto con el ácido carbónico: NH4HCO3 (carbonato ácido de amonio) y (NH4)2CO3 (carbonato de amonio).
Sales ácidas de metales de transición
Los metales de transición también pueden formar parte de diversas sales. No obstante, son menos conocidas y las síntesis detrás de ellas presentan un mayor grado de complejidad debido a los distintos números de oxidación. Entre estas sales se cuentan como ejemplo las siguientes:
Sal: AgHSO4
Nomenclaturas
Tradicional: Sulfato ácido de plata.
Composición: Hidrogenosulfato de plata.
Sistemática: Hidrogeno(tetraoxidosulfato) de plata.
Sal: Fe(H2BO3)3
Nomenclaturas
Tradicional: Borato diácido de hierro (III).
Composición: Dihidrogenoborato de hierro (III).
Sistemática: Tris[dihidrogeno(trioxidoborato)] de hierro (III).
Sal: Cu(HS)2
Nomenclaturas
Tradicional: Sulfuro ácido de cobre (II).
Composición: Hidrogenosulfuro de cobre (II).
Sistemática: Bis(hidrogenosulfuro) de cobre (II).
Sal: Au(HCO3)3
Nomenclaturas
Tradicional: Carbonato ácido de oro (III).
Composición: Hidrogenocarbonato de oro (III).
Sistemática: Tris[hidrogeno(trioxidocarbonato)] de oro (III).
Y así con otros metales. La gran riqueza estructural de las sales ácidas radica más en la naturaleza del metal que la del anión, ya que no son muchos los hidrácidos ni los oxácidos existentes.
Carácter ácido
Las sales ácidas por lo general cuando se disuelven en agua originan una solución acuosa con pH menor a 7. Sin embargo, esto no es estrictamente cierto para todas las sales.
¿Por qué no? Porque las fuerzas que unen el protón ácido al anión no son siempre las mismas. Mientras más fuertes son, menor será la tendencia de cederlo al medio; asimismo, existe una reacción contraria que hace retroceder este hecho: la reacción de hidrólisis.
Esto explica por qué el NH4HCO3, a pesar de ser una sal ácida, genera disoluciones alcalinas:
NH4+ + H2O => NH3 + H3O+
HCO3– + H2O => H2CO3 + OH–
HCO3– + H2O => CO32– + H3O+
NH3 + H2O => NH4+ + OH–
Dadas las ecuaciones de equilibrio anteriores, el pH básico señala que las reacciones que producen OH– ocurren preferencialmente a las que producen H3O+, especie indicadora de una solución ácida.
Sin embargo, no todos los aniones pueden hidrolizarse (F–, Cl–, NO3–, etc.); estos son los que provienen de los ácidos y bases fuertes.
Usos de las sales ácidas
Cada sal ácida tiene sus propios usos destinados a distintos campos. Sin embargo, se pueden resumir cierto número de usos comunes para la mayoría de ellas:
-En la industria alimentaria se emplean como levaduras o conservantes, así como en la repostería, en los productos de higiene bucal y en la elaboración de medicamentos.
-Aquellas que son higroscópicas se destinan para absorber humedad y CO2 en espacios o condiciones que así lo requieran.
-Las sales de potasio y calcio por lo general encuentran usos como fertilizantes, componentes nutricionales o reactivos de laboratorio.
-Como aditivos de vidrio, cerámicas y cementos.
-En la preparación de soluciones amortiguadoras, indispensables para todas aquellas reacciones sensibles a cambios bruscos de pH. Por ejemplo, los buffers de fosfatos o acetatos.
-Y finalmente, muchas de estas sales aportan formas sólidas y fácilmente manejables de cationes (sobre todo de los metales de transición) con gran demanda en el mundo de las síntesis inorgánicas u orgánicas.
Referencias
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Química. (8va ed.). CENGAGE Learning, p 138, 361.
- Brian M. Tissue. (2000). Advanced Weak Acid and Weak Base Equilibria. Tomado de: tissuegroup.chem.vt.edu
- C. Speakman & Neville Smith. (1945). Acid Salts of Organic Acids as pH-Standards. Nature volume 155, page 698.
- Wikipedia. (2018). Acid Salts. Tomado de: en.wikipedia.org
- Identifying Acids, Bases, and Salts. (2013). Tomado de: ch302.cm.utexas.edu
- Acidic and Basic Salt Solutions. Tomado de: chem.purdue.edu
- Joaquín Navarro Gómez. Sales hidrácidas ácidas. Tomado de: formulacionquimica.weebly.com
- Enciclopedia de Ejemplos (2017). Sales Ácidas. Recuperado de: ejemplos.co