Reacción ácido-base

Como resultado de esta reacción, se produce una tercera sustancia química que recibe el nombre de sal y cuyas propiedades son diferentes a las propiedades del ácido y de la base que la generaron.

La palabra "sal" describe cualquier compuesto iónico cuyo catión provenga de una base (Na+ del NaOH) y cuyo anión provenga de un ácido (Cl- del HCl).

Existen varios conceptos que proporcionan definiciones alternativas para los mecanismos de reacción involucrados en estas reacciones, y su aplicación en problemas en disolución relacionados con ellas.

La palabra neutralización se puede interpretar como aniquilación o como eliminación, lo cual no está muy lejano a la realidad.

Cuando un ácido se mezcla con una base ambas especies reaccionan en diferentes grados que dependen en gran medida de las concentraciones y volúmenes del ácido y la base a modo ilustrativo se puede considerar la reacción de un ácido fuerte que se mezcla con una base débil, esta última será neutralizada completamente, mientras que permanecerá en disolución una porción del ácido fuerte, dependiendo de las moles que reaccionaron con la base.

[5]​Tal como se definió en el momento del descubrimiento, las reacciones ácido-base se caracterizan por los ácidos de Arrhenius, que se disocian en disolución acuosa formando cationes hidrógeno (H+), reconocidos posteriormente como ion hidronio (H3O+),[5]​ y las bases de Arrhenius, que forman aniones hidroxilo (OH−).

En la actualidad, el uso de H+ se considera como una abreviatura o como alternativa a H3O+ y por comodidad al escribir las reacciones, ya que el protón aislado H+ no puede existir como especie libre en disolución acuosa, ya que debido a la concentración de carga en el núcleo, se encontraría solvatado con el disolvente.

En consecuencia, una reacción ácido-base es la eliminación de un catión hidrógeno del ácido y su adición a la base.

La eliminación de un protón (catión hidrógeno) de un ácido produce su base conjugada, que es el ácido con un catión hidrógeno eliminado, y la recepción de un protón por una base produce su ácido conjugado, que es la base con un catión hidrógeno añadido.

Por ejemplo, la eliminación de H+ del ácido clorhídrico (HCl) produce el anión cloruro (Cl−), base conjugada del ácido:: La adición de H+ al anión hidróxido (OH−), una base, produce agua (H2O), su ácido conjugado: Así, la definición de Brønsted-Lowry abarca la definición de Arrhenius, pero también extiende el concepto de reacciones ácido-base a sistemas en los que no hay agua involucrada, tales como la protonación del amoníaco, una base, para formar el catión amonio, su ácido conjugado: Esta reacción puede ocurrir en ausencia de agua, como en la reacción del amoníaco con el ácido acético, para dar acetato amónico: Esta definición también proporciona un marco teórico para explicar la disociación espontánea del agua en bajas concentraciones de iones hidronio e hidróxido (autoprotólisis del agua): El agua, al ser anfótera, puede actuar como un ácido y como una base; aquí, una molécula de agua actúa como un ácido, donando un catión H+ y formando la base conjugada, OH−, y una segunda molécula de agua actúa como una base, aceptando el catión H+ y formando el ácido conjugado, H3O+.

En su lugar, considera como ácido al propio catión H+ , que tiene el orbital de enlace vacío y como base al anión OH−, que tiene un par electrónico no compartido.

En consecuencia, aquí la reacción ácido-base, de acuerdo con la definición de Lewis, es la donación del par electrónico del anión OH− al catión H+, formándose un enlace covalente coordinado o dativo entre H+ y OH−, que produce agua, H2O.

Por ejemplo, un catión plata se comporta como un ácido con respecto al amoníaco, que se comporta como una base, en la siguiente reacción: El resultado de esta reacción es la formación de un aducto de amoníaco-plata (ion complejo diamino-plata(I)).

[11]​ En moléculas altamente polares, como el trifluoruro de boro (BF3),[11]​ el elemento más electronegativo atrae los electrones hacia sus propios orbitales, proporcionando una cierta carga positiva sobre el elemento menos electronegativo y una diferencia en su estructura electrónica debido a las posiciones de sus electrones en orbitales axiales o ecuatoriales, produciendo efectos repulsivos de las interacciones "par solitario-par enlazante" entre los átomos enlazados en exceso con aquellos provistos de interacciones par enlazante-par enlazante.

[11]​ Los aductos que involucran iones metálicos se conocen como compuestos de coordinación.

En todos estos disolventes, hay una cierta concentración de especies positivas, cationes solvonio, y especies negativas, aniones solvato, en equilibrio con las moléculas neutras del disolvente.

Las reacciones ácido-base no acuosas en amoníaco líquido son similares a las reacciones en agua: El ácido nítrico puede ser una base en ácido sulfúrico: Lo que distingue a esta definición se muestra en la descripción de las reacciones en disolventes apróticos, por ejemplo, N2O4: Puesto que la definición de sistema disolvente depende tanto del disolvente, como del compuesto mismo, una misma sustancia puede cambiar su comportamiento dependiendo en la elección del disolvente.

Por ejemplo:[15]​ En 1963[16]​ Ralph Pearson propuso un concepto cualitativo avanzado conocido como teoría ácido-base duro-blando desarrollada posteriormente de forma cuantitativa con ayuda de Robert Parr en 1984.

Este tipo de reacciones son especialmente útiles como técnicas de análisis cuantitativo en análisis volumétrico y se conocen como valoraciones ácido-base.

Existen también métodos electroquímicos para lograr este propósito como el uso de un pH-metro o la conductimetría.

La fenolftaleína es un indicador que en medio ácido es incoloro, mientras que en medio básico adquiere un color rosa, cambiando de color entre pH 8 y 9,8.

A medida que cae hidróxido de sodio, este va reaccionando con el ácido clorhídrico para formar cloruro de sodio y agua, con lo que la concentración del ácido disminuye y el pH aumenta.

Finalmente, cuando se ha consumido todo el ácido, la siguiente gota de base que se añade vuelve a la disolución básica, y el indicador cambia al color rosa.

En ese momento sabemos que todo el ácido ha sido neutralizado.

Caso de llevar a cabo una valoración de un ácido menos fuerte que el ácido clorhídrico habría que elegir el indicador adecuado.

Para ello habría que saber previamente la sal que se formaría en la valoración para así estimar el pH de la hidrólisis de la sal formada en la neutralización y usar el indicador cuya zona de viraje (rango de pH en el que se produce el cambio entre los dos colores y es característico de cada indicador) mejor se adapte a ese pH.