Fuerza de ácidos y bases

Química

Conceptos clave

Fuerza ≠ concentración. La fuerza describe la fracción que se disocia (propiedad de la sustancia); la concentración describe cuánto soluto hay por litro (propiedad de la disolución).
Ácido fuerte: disociación completa en agua → flecha sencilla $\rightarrow$ . Prácticamente no queda ácido sin disociar.
Ácido débil: disociación parcial → se establece un equilibrio, flecha doble $\rightleftharpoons$ .
Lista corta que debes memorizar: ácidos fuertes = $\text{HCl}$ , $\text{HNO}_3$ , $\text{H}_2\text{SO}_4$ . Bases fuertes = $\text{NaOH}$ , $\text{KOH}$ . Todo lo demás es débil.
A igual concentración: ácido fuerte tiene mayor $[\text{H}^+]$ , menor pH, mayor conductividad y reacciona más rápido con metales.

$\text{HNO}_3(\text{ac}) \rightarrow \text{H}^+(\text{ac}) + \text{NO}_3^-(\text{ac})$

$\text{CH}_3\text{COOH}(\text{ac}) \rightleftharpoons \text{H}^+(\text{ac}) + \text{CH}_3\text{COO}^-(\text{ac})$

$\text{NH}_3(\text{ac}) + \text{H}_2\text{O}(\text{l}) \rightleftharpoons \text{NH}_4^+(\text{ac}) + \text{OH}^-(\text{ac})$

A igual concentración, el ácido fuerte libera muchos más iones $\text{H}^+$ :

pH: ácido fuerte tiene pH más bajo (mayor $[\text{H}^+]$ ).
Conductividad eléctrica: más iones libres → mayor conductividad.
Velocidad de reacción con metal (p. ej. $\text{Mg}$ ): borboteo más vigoroso en el ácido fuerte.

Los tres resultados apuntan a la misma conclusión: mayor fuerza = mayor disociación.

Problema: Tienes $\text{HCl}$ y $\text{CH}_3\text{COOH}$ , ambos $0{,}10\ \text{mol dm}^{-3}$ . Se miden: pH del HCl = 1,0; pH del etanoico = 2,9.
El $\text{HCl}$ (pH más bajo) tiene mayor $[\text{H}^+]$ a igual concentración → es el ácido fuerte (se escribe con $\rightarrow$ ).
El $\text{CH}_3\text{COOH}$ (pH más alto) se disocia solo en parte → es el ácido débil (se escribe con $\rightleftharpoons$ ).
Prueba adicional: el $\text{HCl}$ conduce mejor la electricidad y reacciona más rápido con $\text{Mg}$ .

Error frecuente: escribir $\text{HCl} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{Cl}^-$ con doble flecha. El $\text{HCl}$ es fuerte: flecha sencilla obligatoria.
Error frecuente: confundir "más fuerte" con "más concentrado". Un ácido débil muy concentrado puede tener más $\text{H}^+$ en total que uno fuerte diluido, pero sigue siendo débil.
Para predecir cuál de dos ácidos es más fuerte a partir de datos, compara pH o conductividad a igual concentración; solo así la diferencia refleja la fuerza.
La misma cantidad de moles de ácido fuerte y débil neutraliza la misma cantidad de base: la estequiometría final no cambia, solo la velocidad y el pH durante el proceso.

Conceptos clave

Fuerza ≠ concentración. La fuerza describe la fracción que se disocia (propiedad de la sustancia); la concentración describe cuánto soluto hay por litro (propiedad de la disolución).
Ácido fuerte: disociación completa en agua → flecha sencilla $\rightarrow$ . Prácticamente no queda ácido sin disociar.
Ácido débil: disociación parcial → se establece un equilibrio, flecha doble $\rightleftharpoons$ .
Lista corta que debes memorizar: ácidos fuertes = $\text{HCl}$ , $\text{HNO}_3$ , $\text{H}_2\text{SO}_4$ . Bases fuertes = $\text{NaOH}$ , $\text{KOH}$ . Todo lo demás es débil.
A igual concentración: ácido fuerte tiene mayor $[\text{H}^+]$ , menor pH, mayor conductividad y reacciona más rápido con metales.

Ecuaciones de disociación y flecha correcta

$\text{HNO}_3(\text{ac}) \rightarrow \text{H}^+(\text{ac}) + \text{NO}_3^-(\text{ac})$

$\text{CH}_3\text{COOH}(\text{ac}) \rightleftharpoons \text{H}^+(\text{ac}) + \text{CH}_3\text{COO}^-(\text{ac})$

$\text{NH}_3(\text{ac}) + \text{H}_2\text{O}(\text{l}) \rightleftharpoons \text{NH}_4^+(\text{ac}) + \text{OH}^-(\text{ac})$

Evidencia experimental de la fuerza

A igual concentración, el ácido fuerte libera muchos más iones $\text{H}^+$ :

pH: ácido fuerte tiene pH más bajo (mayor $[\text{H}^+]$ ).
Conductividad eléctrica: más iones libres → mayor conductividad.
Velocidad de reacción con metal (p. ej. $\text{Mg}$ ): borboteo más vigoroso en el ácido fuerte.

Los tres resultados apuntan a la misma conclusión: mayor fuerza = mayor disociación.

Ejemplo resuelto

Problema: Tienes $\text{HCl}$ y $\text{CH}_3\text{COOH}$ , ambos $0{,}10\ \text{mol dm}^{-3}$ . Se miden: pH del HCl = 1,0; pH del etanoico = 2,9.
El $\text{HCl}$ (pH más bajo) tiene mayor $[\text{H}^+]$ a igual concentración → es el ácido fuerte (se escribe con $\rightarrow$ ).
El $\text{CH}_3\text{COOH}$ (pH más alto) se disocia solo en parte → es el ácido débil (se escribe con $\rightleftharpoons$ ).
Prueba adicional: el $\text{HCl}$ conduce mejor la electricidad y reacciona más rápido con $\text{Mg}$ .

En el examen IB

Error frecuente: escribir $\text{HCl} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{Cl}^-$ con doble flecha. El $\text{HCl}$ es fuerte: flecha sencilla obligatoria.
Error frecuente: confundir "más fuerte" con "más concentrado". Un ácido débil muy concentrado puede tener más $\text{H}^+$ en total que uno fuerte diluido, pero sigue siendo débil.
Para predecir cuál de dos ácidos es más fuerte a partir de datos, compara pH o conductividad a igual concentración; solo así la diferencia refleja la fuerza.
La misma cantidad de moles de ácido fuerte y débil neutraliza la misma cantidad de base: la estequiometría final no cambia, solo la velocidad y el pH durante el proceso.