Un ácido conjugado , dentro de la teoría ácido-base de Brønsted-Lowry , es un compuesto químico que se forma cuando un ácido dona un protón ( H + ) a una base; en otras palabras, es una base con un ión de hidrógeno agregado, como en la reacción inversa pierde un ion hidrógeno. Por otro lado, una base conjugada es lo que queda después de que un ácido ha donado un protón durante una reacción química. Por lo tanto, una base conjugada es una especie formada por la eliminación de un protón de un ácido, ya que en la reacción inversa es capaz de obtener un ion hidrógeno. [1] Porque algunos ácidos son capaces de liberar múltiples protones, la base conjugada de un ácido puede ser ácida.
En resumen, esto se puede representar como la siguiente reacción química:
- Ácido + Base ⇌ Base conjugada + Ácido conjugado
Johannes Nicolaus Brønsted y Martin Lowry introdujeron la teoría de Brønsted-Lowry, que proponía que cualquier compuesto que pueda transferir un protón a cualquier otro compuesto es un ácido, y el compuesto que acepta el protón es una base. Un protón es una partícula nuclear con una unidad de carga eléctrica positiva; está representado por el símbolo H + porque constituye el núcleo de un átomo de hidrógeno , [2] es decir, un catión de hidrógeno .
Un catión puede ser un ácido conjugado y un anión puede ser una base conjugada, dependiendo de qué sustancia esté involucrada y qué teoría ácido-base sea el punto de vista. El anión más simple que puede ser una base conjugada es el electrón solvatado cuyo ácido conjugado es el hidrógeno atómico.
Reacciones ácido-base [ editar ]
En una reacción ácido-base , un ácido más una base reacciona para formar una base conjugada más un ácido conjugado:
Los conjugados se forman cuando un ácido pierde un protón de hidrógeno o una base gana un protón de hidrógeno. Consulte la siguiente figura:
Decimos que la molécula de agua es el ácido conjugado del ion hidróxido después de que este último recibió el protón de hidrógeno donado por el amonio . Por otro lado, el amoníaco es la base conjugada del amonio ácido después de que el amonio ha donado un ion hidrógeno para la producción de la molécula de agua. También podemos referirnos a OH- como una base conjugada de H
2O , dado que la molécula de agua dona un protón para la producción de NH+
4en la reacción inversa, que es el proceso predominante en la naturaleza debido a la fuerza de la base NH
3sobre el ion hidróxido. Con base en esta información, está claro que los términos "ácido", "base", "ácido conjugado" y "base conjugada" no están fijados para una determinada especie química; pero son intercambiables según la reacción que tenga lugar.
Fuerza de los conjugados [ editar ]
La fuerza de un ácido conjugado es directamente proporcional a su constante de disociación . Si un ácido conjugado es fuerte, su disociación tendrá una constante de equilibrio más alta y los productos de la reacción se verán favorecidos. La fuerza de una base conjugada puede verse como la tendencia de la especie a "atraer" protones de hidrógeno hacia sí misma. Si una base conjugada se clasifica como fuerte, "retendrá" el protón de hidrógeno cuando esté en solución y su ácido no se disociará.
Si una especie se clasifica como un ácido fuerte, su base conjugada será débil. [3] Un ejemplo de este caso sería la disociación de ácido clorhídrico HCl en agua. Dado que el HCl es un ácido fuerte (se disocia en gran medida), su base conjugada ( Cl-
) será una base conjugada débil. Por lo tanto, en este sistema, la mayoría de H+
estará en forma de ion hidronio H
3O+
en lugar de unirse a un anión Cl - y la base conjugada será más débil que una molécula de agua.
Por otro lado, si una especie se clasifica como un ácido débil, su base conjugada no será necesariamente una base fuerte. Considere que el acetato, la base conjugada del ácido acético, tiene una constante de disociación de bases (Kb) de aproximadamente 5.6x10 −10 , lo que la convierte en una base débil. Para que una especie tenga una base conjugada fuerte, tiene que ser un ácido muy débil, como el agua, por ejemplo.
Identificación de pares conjugados ácido-base [ editar ]
El ácido y la base conjugada, así como la base y el ácido conjugado, se conocen como pares conjugados. Al encontrar un ácido o base conjugado, es importante observar los reactivos de la ecuación química . En este caso, los reactivos son los ácidos y las bases, y el ácido corresponde a la base conjugada en el lado del producto de la ecuación química; al igual que la base del ácido conjugado en el lado del producto de la ecuación.
Para identificar el ácido conjugado, busque el par de compuestos que estén relacionados. La reacción ácido-base puede verse en un sentido antes y después. El antes es el lado reactivo de la ecuación, el después es el lado producto de la ecuación. El ácido conjugado en el lado posterior de una ecuación gana un ion hidrógeno, por lo que en el lado anterior de la ecuación el compuesto que tiene un ion hidrógeno menos del ácido conjugado es la base. La base conjugada en el lado posterior de la ecuación perdió un ion hidrógeno, por lo que en el lado anterior de la ecuación, el compuesto que tiene un ion hidrógeno más de la base conjugada es el ácido.
Considere la siguiente reacción ácido-base:
- HNO
3+ H
2O → H
3O+
+ NO-
3
Ácido nítrico ( HNO
3) es un ácido porque dona un protón a la molécula de agua y su base conjugada es el nitrato ( NO-
3). La molécula de agua actúa como base porque recibe el Protón de Hidrógeno y su ácido conjugado es el ion hidronio ( H
3O+
).
| Ecuación | Ácido | Base | Base conjugada | Ácido conjugado |
|---|---|---|---|---|
| HClO 2+ H 2O → ClO- 2+ H 3O+ | HClO2 | H2O | ClO- 2 | H3O+ |
| ClO- + H 2O → HClO + OH- | H 2O | ClO- | OH- | HClO |
| HCl + H 2correos- 4→ Cl- + H 3correos 4 | HCl | H2correos- 4 | Cl- | H3correos4 |
Aplicaciones [ editar ]
Un uso de ácidos y bases conjugados radica en los sistemas tampón, que incluyen una solución tampón . En un tampón, se utiliza un ácido débil y su base conjugada (en forma de sal), o una base débil y su ácido conjugado, para limitar el cambio de pH durante un proceso de titulación. Los tampones tienen aplicaciones químicas tanto orgánicas como no orgánicas. Por ejemplo, además de los tampones que se utilizan en procesos de laboratorio, nuestra sangre actúa como tampón para mantener el pH. El tampón más importante en nuestro torrente sanguíneo es el tampón de ácido carbónico-bicarbonato , que evita cambios drásticos de pH cuando el CO
2es presentado. Esto funciona como tal:
Además, aquí hay una tabla de búferes comunes.
Agente intermediario pK a Rango de pH útil Ácido cítrico 3,13, 4,76, 6,40 2,1 - 7,4 Ácido acético 4.8 3.8 - 5.8 KH 2 PO 4 , 7.2 6.2 - 8.2 CHES 9.3 8,3–10,3 Borato 9.24 8.25 - 10.25
Una segunda aplicación común con un compuesto orgánico sería la producción de un tampón con ácido acético. Si es ácido acético, un ácido débil con la fórmula CH
3COOH , se convirtió en una solución tampón, tendría que combinarse con su base conjugada CH
3ARRULLO-
en forma de sal. La mezcla resultante se llama tampón de acetato, que consiste en CH acuoso
3COOH y CH acuoso
3COONa . El ácido acético, junto con muchos otros ácidos débiles, sirven como componentes útiles de tampones en diferentes entornos de laboratorio, cada uno útil dentro de su propio rango de pH.
Un ejemplo con un compuesto inorgánico sería el uso medicinal de la base conjugada del ácido láctico conocido como lactato en solución de Ringer con lactato y solución de Hartmann . El ácido láctico tiene la fórmula C
3H
6O
6y su base conjugada se usa en fluidos intravenosos que consisten en cationes de sodio y potasio junto con aniones de lactato y cloruro en solución con agua destilada. Estos fluidos son comúnmente isotónicos en relación con la sangre humana y se usan comúnmente para aumentar el nivel de fluidos en un sistema después de una pérdida severa de sangre debido a un traumatismo, cirugía o quemaduras.
Tabla de ácidos y sus bases conjugadas [ editar ]
A continuación se tabulan varios ejemplos de ácidos y sus bases conjugadas; observe cómo se diferencian en un solo protón ( ion H + ). La fuerza del ácido disminuye y la fuerza de la base conjugada aumenta en la tabla.
| Ácido | Base conjugada |
|---|---|
| H 2F+ Iones de fluoronio | Fluoruro de hidrógeno HF |
| Ácido clorhídrico HCl | Cl - ion cloruro |
| H 2 SO 4 Ácido sulfúrico | HSO- 4 Ión de sulfato de hidrógeno |
| HNO 3 Ácido nítrico | NO- 3 Ion nitrato |
| H 3 O + ion hidronio | H 2 O Agua |
| HSO- 4 Ión de sulfato de hidrógeno | ASI QUE2− 4 Ion sulfato |
| H 3 PO 4 Ácido fosfórico | H 2 PO- 4 Ion fosfato de dihidrógeno |
| CH 3 COOH Ácido acético | CH 3 COO - Ion acetato |
| Ácido fluorhídrico HF | F - ion fluoruro |
| H 2 CO 3 Ácido carbónico | HCO- 3 Ión de carbonato de hidrógeno |
| H 2 S Ácido hidrosulfúrico | HS : ion sulfuro de hidrógeno |
| H 2 PO- 4 Ion fosfato de dihidrógeno | HPO2− 4 Ion de fosfato de hidrógeno |
| NUEVA HAMPSHIRE+ 4 Ion de amonio | NH 3 Amoníaco |
| Agua H 2 O ( pH = 7) | OH - Ión hidróxido |
| HCO- 3 Ión de hidrogenocarbonato (bicarbonato) | CO2− 3 Ion de carbonato |
Tabla de bases y sus ácidos conjugados [ editar ]
En contraste, aquí hay una tabla de bases y sus ácidos conjugados. De manera similar, la fuerza de la base disminuye y la fuerza del ácido conjugado aumenta en la tabla.
| Base | Ácido conjugado |
|---|---|
| C 2H 5NUEVA HAMPSHIRE 2 Etilamina | C 2H 5NUEVA HAMPSHIRE+ 3 Ion etilamonio |
| CH 3NUEVA HAMPSHIRE 2 Metilamina | CH 3NUEVA HAMPSHIRE+ 3 Ion de metilamonio |
| NUEVA HAMPSHIRE 3 Amoníaco | NUEVA HAMPSHIRE+ 4 Ion de amonio |
| C 5H 5N piridina | C 5H 6norte+ Piridinio |
| C 6H 5NUEVA HAMPSHIRE 2 Anilina | C 6H 5NUEVA HAMPSHIRE+ 3 Ion fenilamonio |
| C 6H 5CO- 2 Ion benzoato | C 6H 6CO 2 Ácido benzoico |
| F- Ion fluoruro | Fluoruro de hidrógeno HF |
| correos3− 4 Ion fosfato | HPO2− 4 Ion de fosfato de hidrógeno |
| OH - Ión hidróxido | Agua H 2 O (neutra, pH 7) |
Ver también [ editar ]
- Solución tampón
- Desprotonación
- Protonación
- Sal (química)
Referencias [ editar ]
- ^ Zumdahl, Stephen S. y Zumdahl, Susan A. Chemistry . Houghton Mifflin, 2007, ISBN 0618713700
- ^ "Teoría de Brønsted-Lowry | química" . Enciclopedia Británica . Consultado el 25 de febrero de 2020 .
- ^ "Tutorial de química de la fuerza de los ácidos conjugados y las bases" . www.ausetute.com.au . Consultado el 25 de febrero de 2020 .
Enlaces externos [ editar ]
- Revisión de química general de MCAT - 10.4 Titulación y tampones
- El laboratorio farmacéutico y de compuestos - Tampones y capacidad tampón.
