Ácidos & bases. Introducción y aplicaciones

Los conceptos de acidez y alcalinidad han sido manejados desde épocas remotas. En la actualidad, nos familiarizamos desdes pequeños con las características que tienen las sustancias que llamamos "ácidos" y, en menor grado, con las de sus opuestos, las bases o álcalis. Por ejemplo, el vinagre y el tamarindo son agrios; los ácidos muriático y sulfúrico son corrosivos. Por otro lado, las soluciones acuosas de sosa, de bicarbonato o las lechadas de cal, son jabonosas.

Existen también muchos ejemplos de soluciones naturales y aún sintéticas neutras, es decir, ni ácidas ni básicas, tales como el líquido sanguíneo, la savia de las plantas o los sueros médicos.

Estas características ácidas, básicas o neutras de un sistema químico son las más simples o conocidas, pero juegan un papel importante en el comportamiento y, por tanto, en las aplicaciones de las sustancias; tanto, que se manifiesta en el valor económico que pueden llegar a alcanzar dichas sustancias. Así, por ejemplo, el desarrollo industrial de un país puede medirse por su producción y consumo de un ácido, el sulfúrico.

Los ácidos y las bases son de suma importancia en una enorme variedad de procesos, tanto naturales como industriales, aunque es difícil percatarse de ello. Si quieres darte una idea de la diversidad de procesos industriales en los que participan, ponte cómodo y échale un lente al video siguiente:

 

 A que no te imaginabas algo así, ¿verdad?

En adelante, abordaremos con más detalle qué son los ácidos y las bases, así como su importancia en un área más cercana: la salud humana.

¿Cómo es el agua "por dentro"?

Conocer a fondo la estructura de las moléculas de esta sustancia es preciso para comprender su comportamiento. Observa el siguiente video y piensa ¿A qué se debe?

 Pues a lo que ocurre cuando las moléculas se enfrían bruscamente, es decir, cuando pasan del estado líquido al sólido. Las animaciones siguientes te ayudarán a visualizar a nivel submicroscópico el agua, en sus tres estados de agregación ydeducir qué está pasando dentro de la granada

Animaciones sobre los tres estados de agregación del agua

Y aquí nos explican un poco más a fondo una característica de estas moléculas que las hace tan simpáticas:

Polaridad del agua y su comportamiento "salvaje"

Así que, ¿ya podrías responder a la pregunta que planteamos al inicio?

LA EXTRAVAGANCIA DEL AGUA*

* Fragmento. Revista ¿Cómo ves? Nº 72

 Era verano y el calor de Acapulco les resultaba agobiante a los vacacionistas de todas partes, pero a Juan Carlos no le molestaba pues había esperado todo el año esas vacaciones para meterse al mar. Llegó el medio día y antes de desempacar y hacer otra cosa, se puso el traje de baño y corrió a la playa. Al pisar la arena sintió que le quemaban las plantas de los pies. Corrió entonces a la orilla del mar y al meter los pies en el agua, tuvo una sensación reconfortante y agradable: estaba fresca. Después de nadar largo rato, brincar las olas y flotar plácidamente, se preguntó porque la arena estaba más caliente que el agua, sí a las dos les daba la misma cantidad de sol.

Carlos salió del mar para descansar y después de ver la espléndida puesta de sol, regresó a la playa para volver a nadar. Esta vez las sensaciones se invirtieron: la arena ya se había enfriado y el agua aún se sentía tibia.

Si Juan Carlos hubiera tenido a la mano un termómetro y hubiera medido la temperatura de la arena y el agua a medio día, se habría dado cuenta de que la primera tenía una temperatura cercana a los 50°c y la segunda entre 20 y 25 °C en cambio al anochecer habría medido una temperatura de 20°c en la arena y una de 24 °C en el agua, pues el agua suele conservar durante más tiempo el calor acumulado en el día. Después de pensarlo un rato, llegó a la conclusión de que el agua se calienta más lentamente que otras sustancias y que también se enfría más lentamente. ¿Pero qué es lo que la hace distinta?.

..... Escucha el resto de la historia dando click en el icono de bocina, que aparece al final de la pagina que se despliega a continuación:

Descarga Cultura UNAM: La extravagancia del agua

Tanta agua y podemos morir de sed....

     Una molécula muy simple, la del agua, que está formada por dos átomos de hidrógeno unidos en forma covalente con un átomo de oxígeno, es muy importante en nuestro planeta. Nuestra vida y la de los demás seres vivientes dependen de estas moléculas tan simples. Si un área sobre la Tierra tuviera muy poco agua, llegaría a ser un árido desierto con muy pocos o ningún ser viviente. Por el contrario, si hubiera demasiada agua, la vida normal de los habitantes de ésta área sería imposible y desaparecería, para dar paso a la vida acuática, animal y vegetal.

Hay una cantidad inmensa de agua en nuestro planeta; sin embargo, en su mayoría no se encuentra en estado líquido –estado físico en el cual nos es más útil-, o bien, contiene sustancias disueltas que la hacen inadecuada para la mayoría de los usos. Las mayores reservas de agua se encuentran en los océanos, pero tanto esa como la que está a nuestro alcance no es pura, es decir, el 100 % no son moléculas de agua. El agua disuelve, en mayor o menor grado, todo tipo de sustancias: es un “solvente universal”.  Para comprender por qué ocurre esto, qué hace tan especial este líquido tan familiar, revisaremos más a detalle su estructura.... adelante!

¿De qué está constituida la parte inorgánica del suelo?

La materia inorgánica del suelo está constituida por minerales, sustancias que son importantes porque aportan nutrientes para las plantas y desempeñan funciones esenciales para ellas. El estudio de su composición química permitirá abordar contenidos relacionados con la clasificación de compuestos químicos inorgánicos (óxidos, hidróxidos, sales, ácidos), así como la clasificación de las sales y su respectiva nomenclatura química.

El 98% de la corteza terrestre está formada por ocho elementos químicos (Tabla 1), de los cuales el silicio y el oxígeno constituyen el 75%. En el 25% restante podemos encontrar más de 90 elementos químicos en menor cantidad. La gran mayoría se encuentran combinados químicamente, formando más de 2 mil minerales.

Oxígeno .........46.6%
Silicio ............ 27.7%
Aluminio ........ 8.1%
Hierro .............5.0%
Calcio ............ 3.6%
Sodio ............ 2.8%
Potasio .......... 2.6%
Magnesio .......2.1%             

TABLA 1. Los ocho elementos de la corteza terrestre que se encuentran en un porcentaje superior a 1%.




Minerales
Los minerales son sustancias inorgánicas naturales que poseen estructuras atómicas y composiciones químicas definidas. La mayor parte de los minerales están constituidos por dos o más elementos, formando compuestos químicos. Sin embargo, aunque existen aquellos que contienen un sólo elemento, como es el caso del carbono, el cual se puede encontrar en forma de grafito o diamante. Algunos de estos minerales presentan fórmulas químicas sencillas, pero las fórmulas de otros son más complejas.

Una de las clasificaciones importantes de los minerales es, de acuerdo a su función química, en óxidos, hidróxidos, sales. Éstas últimas se dividen en oxisales y haluros o hidrasales. Algunas de ellas poseen moléculas de agua dentro de su estructura química, por lo que reciben el nombre de sales hidratadas.

En la siguiente tabla se presentan las fórmulas químicas y los nombres de algunos minerales.

Las rocas que se encuentran en la corteza terrestre están constituidas por mezclas de minerales, y algunas por un solo mineral. Lo mismo sucede con el suelo, ya que éste es parte de la corteza terrestre. Las rocas se clasifican en ígneas, metamórficas y sedimentarias; de las últimas, un ejemplo es la caliza, la cual está formada por una mezcla de carbonatos de calcio y magnesio en proporciones variables.
Los minerales dominantes en estas rocas son feldespato, anfibol, piroxeno, cuarzo, arcilla, mica, limonita y carbonatos minerales.
La gran variedad de minerales del suelo, y en general de la corteza, se encuentran en forma de sales y se clasifican de acuerdo al anión presente en su estructura química, de tal forma que hay sulfuros, carbonatos, fosfatos, nitratos, silicatos y óxidos, como puede observarse en el esquema siguiente:

 

 Los sulfuros resultan de la combinación de azufre con no metales y metaloides como As, Sb, Bi, Se, y Te, por ejemplo, Argentita Ag2S y Calcosina Cu2S. Las características de estos minerales es que poseen aspecto metálico, peso específico elevado y opacidad.
Los haluros, que resultan de la combinación de metales con no metales tienen una composición química
sencilla, son incoloros, con poca dureza, solubles en agua y aspecto salino, por ejemplo Fluorita CaF2, halita NaCl.
Los óxidos poseen una estructura compleja en la que los oxígenos se disponen formando estructuras tetraédricas u octaédricas. Entre estas estructuras están inmersos metales como Mg, Zn, Fe, Al, Cr, o Mn. Ejemplo de estos minerales son las espinelas, magnetita, crisobelino.
Los carbonatos tienen como fórmula general R-CO3, (ión carbonato) donde R puede corresponder a los metales: Ca, Mg, Zn, Fe, Al, Co, Sr, Ba o Pb. El catión (metal) determina la estructura del mineral, son incoloros o blancos, poseen poca dureza, producen efervescencia al tratarlos con ácido y desprenden CO2. Algunos ejemplos de estos minerales son Magnesita MgCO3 y dolomita MnCO3.
Los sulfatos pueden ser anhidros, es decir, sin agua en su estructura, tales como Anhidrita CaSO4, celestina SrSO4, entre otros. Presentan un aspecto no metálico, poca dureza y una composición típicamente tetraédrica. Los sulfatos hidratados, llamados antiguamente vitriolos, son sulfatos de Mg, Fe, Zn, Cu, Co, y Mn. Contienen en su estructura moléculas de agua. Algunos, al perderla, cambian de color si lo poseen, y lo recuperan al hidratarse; son solubles en agua. Ejemplos de estos minerales son epsonita MgSO4 • 5 H2O, calconita CuSO4 • 5 H2O (es azul cuando está hidratada y blanca cuando pierde agua).
Los fosfatos poseen una estructura cristalina, constituida por tetraedros que contienen P, As y V. Pueden estar con oxidrilos, agua de cristalización, o simplemente de adsorción. Ejemplo de esos minerales son Monacita, CePO4, y Vivianita, Fe3(PO4)2 • 8 H2O .
Los silicatos son los componentes más importantes de las rocas, constituyen el 95% de la corteza terrestre.
Los minerales pueden estar formados por la misma clase de elementos y presentar diferentes características. Esta variación depende de la temperatura a la cual cristaliza, lo que determina la forma que adquiere el cristal. Así por ejemplo, la calcosina rómbica, Cu2S, se forma por debajo de los 103° C, y la Cu2S se forma arriba de los 103° C.

*Texto tomado de: García et al. "Guía para el profesor de Química II en el CCH". Colegio de Ciencias y Humanidades. UNAM. México, DF. 2007.