ESTÁNDAR
Entorno físico:
- Explico condiciones de cambio y conservación en diversos sistemas teniendo en cuenta transferencia y transporte de energía y su interacción con la materia.
Ciencia, tecnología y sociedad:
- Identifico aplicaciones de algunos conocimientos sobre la herencia y la reproducción al mejoramiento de la calidad de vida de las poblaciones.
- Identifico aplicaciones comerciales e industriales del transporte de energía y de las interacciones de la materia.
COMPONENTE
- Entorno físico
- Ciencia, tecnología y sociedad
INDICADOR DE DESEMPEÑO
De Conocimiento:
- Comparo los modelos que sustentan la definición ácido-base y su impacto en el medio ambiente.
De Desempeño:
- Identifico productos que pueden tener diferentes niveles de pH, establezco relaciones cuantitativas entre sus componentes y explico algunos de sus usos en actividades cotidianas.
METODOLOGÍA/ SECUENCIA DIDÁCTICA
- Unidad didáctica:
- Organización de la materia: La tabla periódica (historia, estructura general de la tabla periódica moderna, clasificación de los elementos, grupos, períodos); Propiedades ácido-base: Teorías (Arrhenius, Brönsted – Lowry y Lewis); Colorimetría; Escala de pH - pOH.
- Propósito
- Identificar la estructura química y la nomenclatura de los ácidos y bases inorgánicos.
- Desarrollo cognitivo instruccional
Ácidos y bases
¿Qué es un ácido y qué es una base? ¿Cómo se diferencian?
Los ácidos han estado siempre presentes en nuestras vidas, pues muchos se encuentran en la naturaleza, como el ácido fórmico en las hormigas, el ácido cítrico en una variedad de frutas, el ácido acético en el vinagre, el ácido tartárico en el vino, el ácido málico en frutas como la manzana, el ácido clorhídrico en nuestros estómagos y muchos más.
Las bases o álcalis también han estado siempre presentes y desde la antigüedad se detectaron tres tipos: la potasa que resultaba de las cenizas de la madera, la cal resultante de quemar conchas (probablemente después de hacer fogatas en la playa) y el bicarbonato de sodio que resultaba de la evaporación de ciertas aguas.
Los griegos y los egipcios distinguieron entre estas dos clases de sustancias y las clasificaron según sus percepciones sensoriales: los ácidos eran aquellos con sabor “ácido”, mientras que los álcalis eran aquellos con textura viscosa o jabonosa (el término álcali se empleó después y provenía del árabe al-qaly que significa “las cenizas”).
A principios del siglo XVI se comenzaron a descubrir más propiedades de estas sustancias de sabor ácido y de aquellas de textura jabonosa. Primero, los alquimistas notaron que los ácidos son capaces de disolver metales como la plata (conocimiento muy útil para separar aleaciones); las personas que trabajaban con colorantes para telas encontraron que los ácidos cambian algunos tintes a colores rojos intensos, mientras que las bases los cambian a colores azules. Finalmente, en 1658, el farmacéutico Johann Rudolph Glauber encontró que los ácidos y las bases reaccionan entre ellos generando efervescencia y produciendo una nueva sustancia llamada sal.
Todas las sustancias presentan características que permiten diferenciarlas unas de las otras y clasificarlas en ácidos o en bases. En 1880, el químico Svante Arrhenius estudió por mucho tiempo las propiedades eléctricas de las sustancias cuando están en agua y desarrolló una teoría junto con pruebas experimentales, lo cual le permitió definir:
- Ácidos: se caracterizan por ser agrios. Un ejemplo muy común es el limón ya que contiene ácido cítrico, y por ello su sabor. Otra propiedad es que reaccionan con metales. Arrhenius demostró esto colocando una sustancia (zumo de limón) en solución acuosa (agua). Observó que los ácidos liberan iones de hidrógeno H+ conocidos como protones. Esta observación la hizo gracias a un experimento en donde utilizó un circuito eléctrico compuesto por metales, cables y una bombilla. Al poner los metales dentro de la solución, la bombilla se encendió, comprobando que el limón era capaz de completar el circuito eléctrico para que el bombillo se encendiera. Al observar esto, Arrhenius consideró que el circuito se completaba porque el ácido cítrico del limón liberaba protones H+ dentro del agua, lo cual permitía que se conectarán los metales y se encendiera la bombilla.
- Bases: Algunas de las características físicas son el sabor amargo y la textura resbaladiza, como, por ejemplo, el jabón. Otra propiedad es que reacciona con sustancias ácidas para formar agua. Arrhenius colocó una sustancia que tuviera las características físicas de una base en solución acuosa (agua). Observó que la sustancia libera iones de hidróxilo OH– conocidos como electrones. Llegó a esta conclusión por medio de un experimento en donde utilizó un circuito eléctrico compuesto por metales, cables y una bombilla. Al introducir los metales dentro de la solución, la bombilla se encendió, comprobando que la sustancia completaba el circuito eléctrico. Al observar esto, Arrhenius consideró que el circuito se completaba porque la sustancia denominada base liberaba hidróxilos OH– dentro del agua, lo cual permitía que se conectaran los metales, por los cuales fluía corriente eléctrica y se encenderá la bombilla.
Ácidos y bases de Brönsted-Lowry
Para superar las limitaciones del modelo de Arrhenius, los químicos Brönsted y Lowry, paralelamente, propusieron en 1923 un nuevo modelo ácido-base. En este, definieron que:
Un ácido es un donante de protones.
Una base es un aceptor de protones.
La teoría de Brönsted-Lowry describe las interacciones ácido-base en términos de transferencia de protones entre especies químicas. Un ácido de Brönsted-Lowry es cualquier especie que puede donar un protón (H+) y una base es cualquier especie que puede aceptar un protón. En cuanto a estructura química, esto significa que cualquier ácido de Brönsted-Lowry debe contener un hidrógeno que se puede disociar como (H+).
- Desarrollo metodológico
Actividad
Teniendo en cuento lo visto hasta el momento, resuelve las siguientes preguntas:
- Según Brönsted-Lowry, una base es una sustancia capaz de:
- ceder protones a otra.
- captar protones de otra.
- ceder iones hidróxido a otra.
- captar electrones de otra.
- Según la teoría de Brönsted-Lowry, ¿cuál de estas sustancias puede actuar como ácido y como base (sustancia anfótera)?
- H3O+
- CO32-
- HCO3-
- H+
Actividad
Observa e interpreta la siguiente imagen, luego responde las preguntas:
a. ¿Qué efectos tiene la acidificación del océano en la vida del hombre?
b. ¿Por qué se deshacen las conchas de los moluscos?
c. ¿Cómo se relaciona esto con el efecto del exceso de CO2 en los océanos?
d. Explique de acuerdo a la teoría de Brönsted-Lowry. ¿Cuál es el proceso químico que ocurre en la acidificación de los océanos?
